Debugging Guide

A. 什么是调试？

正如你在本课程中所做的那样，当你编写大量代码时，你会遇到各种类型的错误。其中一些错误，比如语法错误，很容易被发现，因为编译器会准确地指出它们的位置。不幸的是，代码逻辑中的错误就没那么简单了。它们不太可能被系统捕获，因为通常你的代码可以编译，但只是返回了错误的值。IntelliJ（以及大多数其他 IDE）提供了一系列工具，可以帮助你跟踪代码，并准确地看到哪里出现了不一致。

B. 为什么我应该学习调试？

调试是程序员一项至关重要的技能——无论你多么聪明，如果花费大量时间才能找到代码中的错误，那么完成一个项目就需要很长时间。每个程序员都需要知道如何有效地调试。在本课程中，学会自己调试可以让你免于在答疑时间等待助教的帮助。为此，这份备忘单将为你提供调试各种类型错误所需的所有工具！

C. 我可以用打印语句代替吗？

理论上，是的。在某些情况下，打印语句效率更高，例如，当只需要在一段相对独立的代码中，通过循环跟踪一个变量时。你可以先使用打印语句进行调试，如果在 5 分钟后仍然难以找到错误，则可以使用调试器。但要注意，如果你没有事先单步调试就来参加答疑，我们会将你指向本指南，而不是帮你查找错误。

D. 理解堆栈跟踪

当你看到这样的异常时，这意味着你的计算机在运行程序时发现了一个错误。为了方便你找到错误，程序退出前会提供所有必要的信息。第一行遵循以下格式：

[哪个线程出错] [发生了什么错误] [关于错误的更多信息]

我们重点关注后两部分。在这种情况下，它看起来像这样：

Exception in thread “main” java.lang.ArrayIndexOutOfBoundException: Index 5 out of bounds for length 5

这为你提供了两条信息：

1. 错误类型是 数组索引越界异常。

2. 试图访问一个长度为5的数组的第6个元素。

这告诉你发生了什么，但没有告诉你它发生在哪里。这就是堆栈跟踪的用处。标题下面的几行描述了程序出错时，代码执行的具体位置。最上面的跟踪行显示的是程序崩溃时正在执行的代码。下面的列表则以倒序展示了函数之间的调用关系。在这里，我们看到我们的 main 函数在第 6 行调用了 make2DArray。然后，make2DArray 在第 14 行调用了 makeArray。最后，代码在 makeArray 中的第 23 行出错。单击蓝色链接会将你跳转到代码的该部分，因此你无需花费时间滚动。掌握这些信息后，你就可以开始调试，找出导致错误的具体调用过程。

E. 这个错误是什么意思

也许你已经阅读了堆栈跟踪，但你不明白这个错误是什么意思。通常，Java 错误的命名具有一定的自解释性，但如果遇到不熟悉的错误，可以参考下面的备忘单：

错误	通常的含义是
___ expected	缺少___
cannot find ___	您正在调用计算机无法访问的方法或类。
Illegal start of expression	这行代码之前缺少一个右花括号。
Illegal start of type	你在函数体外写了不该有的代码。
Incompatible types -- expected ___	你试图将一个值赋给类型不匹配的变量。
Missing method body	你的函数声明末尾多了个分号。
Missing return statement	您应该在此方法中返回一些内容，但您没有。
Non-static method cannot be called from a static context	你直接用类名调用了非静态方法，应该用类的实例调用。
*Program Freezes*	你的程序可能卡死在某个逻辑循环里了。

F. 使用调试器单步执行

通过 IntelliJ 运行代码

要使用调试器，您需要通过 IntelliJ 而不是通过控制台运行代码。

1. 从主菜单中，转到 运行 -> 编辑配置。

2. 在标记为 Program Arguments（程序参数）的字段中输入程序的任何参数。 这些参数是您在控制台中运行程序时传递到命令行的参数。

3. 要运行调试器，请单击 Run > Debug（运行 > 调试）或右键单击函数旁边的绿色

4. 箭头，然后选择 Debug（调试）。

设置断点

为了观察代码运行时的状态，我们可以设置断点。 断点会让程序暂停在指定行，方便你查看出错时各个变量的值。 要设置断点，请单击行号和代码之间的空格：

这种断点只会在您的计算机第一次遇到此行时暂停代码。 如果错误只在特定变量取特定值时发生，你可以设置条件断点。

为此，请设置一个普通断点，然后右键单击出现的红色圆圈。 现在，您可以在给定的字段中设置断点条件。 您的条件可以是任何在此代码点编译的 True/False 语句。 这意味着您必须使用当前帧中已存在的变量，但它们不一定必须在当前行中引用。

单步执行代码

顶部工具栏

要单步执行代码，您需要了解调试视图顶部的工具栏。 把鼠标悬停在图标上就能看到它们的名称了。 从左到右，它们是：

按钮	功能
Step Over	执行当前行，跳到下一行。
Step Into	进入当前行调用的函数 (如果是你写的)。
Force Step Into	强制进入函数 (即使是第三方库的函数，一般用不到)。
Step Out	跳出当前函数或循环，回到调用它的地方。
Drop Frame	回到上一层调用栈 (相当于时间倒流，如果你错过了想看的部分)。
Run to Cursor	运行到光标处 (相当于在光标位置设置一个临时断点)。

左侧工具栏

调试菜单的左侧还有一个工具栏。 此菜单用于更常规的控件。 从上到下，它们是：

按钮	作用/说明
再次运行/重新启动	使用与当前运行相同的设置再次运行调试器。
继续执行程序	继续程序执行，直到遇到下一个断点。
暂停程序	如果程序卡住了/好像死机了，请在没有断点的情况下以调试模式运行，并在程序卡住时点击暂停。 很可能暂停在导致程序卡顿的逻辑循环中。
停止程序	调试完成后，可以点击此按钮提前结束程序。
查看断点	点击后会打开一个窗口，显示所有断点。 您可以在此编辑断点设置，并启用/禁用它们。
静音断点	启用/禁用所有断点 / 开启/关闭所有断点。

查看当前状态

在调试模式下，您可以通过两个地方获取有关程序状态的信息。

调试视图

首先，调试视图分为两列：

1. 第一列显示到目前为止的堆栈跟踪。 每一行描述一个堆栈帧，从最内层到最外层排列。 最前面的是帧的名称，也就是被调用函数的名称。 然后，我们看到该帧当前所在的行号。 在此示例中，make2DArray 在第 14 行调用了 makeArray，因此它会停留在该行，直到 makeArray 完成运行。

2. 您只能看到当前帧中的变量，其中包括任何全局变量。 在这里，您可以查看它们在您所在的行中的值。

如果您想要比每个变量的值更多的信息，工具栏中有一个名为“求值表达式”的按钮。 按下此按钮允许您基本上即时地将行插入到程序中。

例如，我们在此处输入表达式 arr[i] = 1000 并点击“求值”，结果会显示在“结果面板”和“变量面板”中。 这相当于在 arr[i] = makeItem(i) 之前插入了 arr[i] = 1000 这行代码。 这样做的好处是不会修改代码，避免意外改变程序的行为。

代码视图

获取信息的第二个地方是在代码本身上。

在调试模式下，IntelliJ 会在每行代码旁边显示每行代码中引用的每个变量的值。 同时，最近修改的变量值会被高亮显示。

G. 更多资源

如果您想了解有关使用 IntelliJ 调试器的更多详细信息，JetBrains 提供了一些指南：

1. 调试您的第一个应用程序

2. 设置断点

3. 单步执行程序