1.4 调试

软件工程师最重要的技能之一是高效、有效的调试能力。大多数开发环境都有调试工具。在Windows、macOS和Linux上，这些调试工具都很好。学会使用这些工具是一项投资，可以很快得到回报。本节将简要介绍如何使用调试器来逐步调试代码清单1-8中的程序。你可以跳到与自己的环境最相关的部分。

1.4.1 Visual Studio

Visual Studio有一个内置的优秀调试器。建议在Debug配置中调试程序。这将使工具链以增强调试体验为目标。在Release模式下进行调试的唯一原因是诊断一些在Release模式下出现而在Debug模式下没有出现的罕见情况。

1）打开main.cpp，找到main的第一行。

2）单击main第一行对应的行号左边的空白处，插入一个断点，此时会出现一个红色的圆圈，如图1-4所示。

3）选择Debug（调试）→Start Debugging（启动调试）。程序将运行到插入断点的那一行。调试器将停止程序的执行，这时会出现一个黄色的箭头，指示要运行的下一条指令，如图1-5所示。

4）选择Debug（调试）→Step Over（单步跳过）。单步跳过是在不“进入”任何函数调用的情况下执行指令。默认情况下，单步跳过的键盘快捷键是<F10>。

5）因为下一行将调用step_function，所以选择Debug（调试）→Step Into（单步调试）来调用step_function并在该函数的第一行中断。通过单步调试或单步跳过可继续调试这个函数。默认情况下，单步调试的键盘快捷键是<F11>。

6）要让执行返回到main，请选择Debug（调试）→Step Out（单步跳出）。默认情况下，单步跳出的键盘快捷键是<Shift+F11>。

7）通过选择Debug→Windows→Auto，检查Autos窗口。我们可以看到一些重要变量的当前值，如图1-6所示。

可以看到，num1被设置为42，result1被设置为1。为什么num2有一个乱七八糟的值？因为num2初始化为0的过程还没有发生：这是下一条指令要执行的。

注意 调试器刚刚强调了一个非常重要的底层细节：分配对象的存储空间和初始化对象的值是两个不同的步骤。第4章将介绍更多关于存储空间分配和对象初始化的知识。

Visual Studio调试器支持更多的功能。欲了解更多信息，请查看Visual Studio文档。

1.4.2 Xcode

Xcode也有一个内置的优秀调试器，它已完全集成在IDE中。

1）打开main.cpp，找到main的第一行。

2）单击第一行，然后选择Debug（调试）→Breakpoints（断点）→Add Breakpoint at Current Line（在当前行设置断点），此时会出现一个断点，如图1-7所示。

3）选择Run（运行），程序将运行到插入断点的那一行。调试器将停止程序的执行，此时会出现一个绿色的箭头，指示下一条要运行的指令，如图1-8所示。

4）选择Debug（调试）→Step Over（单步跳过）来执行指令，而不“进入”任何函数调用。默认情况下，单步跳过的键盘快捷键是<F6>。

5）因为下一行代码会调用step_function，所以选择Debug（调试）→Step Into（单步调试）来调用step_function并在该函数第一行中断。通过单步调试或单步跳过可继续调试这个函数。默认情况下，单步跳过的键盘快捷键是<F7>。

6）要让执行返回到main，请选择Debug（调试）→Step Out（单步跳出）。默认情况下，单步跳出的键盘快捷键是<F8>。

7）检查main.cpp屏幕底部的Autos窗口，可以看到一些重要变量的当前值，如图1-9所示。

可以看到，num1被设置为42，result1被设置为1。为什么num2有一个乱七八糟的值？因为num2初始化为0的过程还没有发生：这是下一条指令要执行的。

Xcode调试器支持更多的功能。欲了解更多信息，请查看Xcode文档。

1.4.3 用GDB和LLDB对GCC和Clang进行调试

GNU项目调试器（GNU project DeBugger，GDB）是一个强大的调试器（https://www.gnu.org/software/gdb/）。我们可以使用命令行与GDB交互。要在用g++或clang++编译时启用调试支持，必须添加-g标志。

包管理器很可能有GDB。例如，要用高级包工具（APT）安装GDB，请输入以下命令：

Clang也有一个很好的调试器，叫作LLDB（Low Level DeBugger），详见https://lldb.llvm.org/。它与本节中的GDB命令兼容，所以为了简洁起见，这里不具体介绍LLDB。我们可以使用LLDB来调试由GCC编译的程序，也可以使用GDB来调试用Clang编译的程序。

注意 Xcode在后台使用LLDB。

使用GDB调试代码清单1-8中的程序，请遵循以下步骤：

1）在命令行中，切换到存放头文件和源文件的文件夹。

2）启用调试支持的同时编译程序：

3）使用gdb调试程序应该可以看到以下交互式控制台会话：

4）要插入断点，可以使用break命令，该命令需要一个参数，该参数对应源文件的名称和要插入断点的行（用冒号分开）。例如，假设我们想在main.cpp的第一行（对应代码清单1-8的第5行，是否需要调整位置取决于编写代码的方式）中断。在（gdb）提示符下可使用以下命令创建断点：

5）我们也可以通过函数名告诉gdb在某个特定的函数处中断：

6）不管怎样，现在可以执行程序了：

7）要单步调试指令，可用step命令来追踪程序的每一行，包括函数内部的单步调试：

8）要继续单步调试，可按<Enter>键，重复上一个命令：

9）要跳出函数的调用，可以使用finish命令：

10）要执行一条指令而不进入函数，可以使用next命令：

11）要检查变量的当前值，可以使用info locals命令：

注意，任何尚未被初始化的变量都不会有合理的值。

12）若要继续执行直到下一个断点（或程序结束），可以使用continue命令：

13）使用quit命令可以随时退出gdb。

GDB支持更多的功能。欲了解更多信息，请查看https://sourceware.org/gdb/current/onlinedocs/gdb.html/。