Python的非程序员教程3

什么是调试？

“当我们开始编程时，我们惊讶地发现，程序不像我们想的那样容易编写正确。调试必须被发现。我记得清楚地记得那一刻，当时我意识到，从那时起，我的大部分时间将花在寻找自己程序中的错误上。” — 莫里斯·威尔克斯（Maurice Wilkes）发现调试，1949年

到现在为止，如果你一直在玩程序，你可能已经发现，有时候程序做的事情并不是你想要的。这是很常见的。调试是找出计算机在做什么，然后让它做你想要它做的事情的过程。这可能很棘手。我曾经花了将近一周的时间来追踪并修复一个错误，那个错误是因为某人把“x”放在了应该是“y”的位置。

本章将比以前的章节更为抽象。

程序应该做什么？

做的第一件事（这听起来很显而易见）是弄清楚程序如果运行正确应该做什么。想出一些测试用例，看看会发生什么。例如，假设我有一个程序用于计算矩形的周长（所有边长的总和）。我有以下测试用例：

height	width	perimeter
3	4	14
2	3	10
4	4	16
2	2	8
5	1	12

现在我对所有的测试用例运行程序，看看程序是否按照我预期的方式工作。如果没有，那么我需要找出计算机到底在做什么。

更常见的情况是，有些测试用例能通过，有些不能通过。如果是这种情况，你应该尝试找出通过的用例有什么共同点。例如，下面是一个计算周长的程序的输出（你稍后会看到代码）：

Height: 3
Width: 4
perimeter = 15
Height: 2
Width: 3
perimeter = 11
Height: 4
Width: 4
perimeter = 16
Height: 2
Width: 2
perimeter = 8
Height: 5
Width: 1
perimeter = 8

注意，前两个输入不正确，接下来的两个是正确的，最后一个不正确。试着找出哪些是正确的，哪些不正确。找出工作正常的测试用例有什么共同点。一旦你有了一些想法，找出问题的根源就会变得更容易。对于你自己的程序，如果需要，你应该尝试更多的测试用例。

程序在做什么？

接下来需要做的事是查看源代码。编程过程中最重要的一件事就是阅读源代码。主要的方式就是代码走查（Code Walkthrough）。

代码走查从程序的第一行开始，逐行检查直到程序结束。while 循环和 if 语句意味着某些行可能永远不会运行，而某些行可能会运行多次。每一行，你都要弄明白 Python 到底在做什么。

让我们从一个简单的计算周长的程序开始。不要直接输入代码，你要读它，而不是运行它。源代码是：

height = int(input("Height: "))
width = int(input("Width: "))
print("perimeter =", width + height + width + width)

问题： Python运行的第一行是什么？ 回答： 第一行始终是首先运行的。这里是：height = int(input("Height: "))

这一行做什么？ 它打印 Height: ，等待用户输入一个字符串，然后将该字符串转换为一个整数并赋值给变量 height。

接下来运行的是哪一行？ 通常情况下，接下来运行的是下面的一行：width = int(input("Width: "))

这一行做什么？ 它打印 Width: ，等待用户输入一个数字，并将用户输入的数字赋值给变量 width。

接下来运行的是哪一行？ 因为下一行没有缩进的变化，所以接下来运行的是：print("perimeter =", width + height + width + width)

这一行做什么？ 它首先打印 perimeter = ，然后打印 width + height + width + width 的总和。

width + height + width + width 计算周长正确吗？ 让我们来看，矩形的周长是底边（width）加上左边（height）加上上边（width）再加上右边（huh?）。最后一项应该是右边的长度，也就是 height。

你理解为什么某些时候周长被计算“正确”了吗？ 当 width 和 height 相等时，周长计算是正确的。

接下来我们将对一个程序进行代码走查，这个程序本该在屏幕上打印出5个点。然而，程序输出的是：

. . . .

这里是程序代码：

number = 5
while number > 1:
    print(".",end=" ")
    number = number - 1
print()

这个程序的走查会更复杂，因为它有缩进部分（控制结构）。让我们开始吧。

问题： 第一行运行的是什么？ 回答： 文件的第一行：number = 5

它做什么？ 将数字 5 放入变量 number。

接下来的行是什么？ 接下来的行是：while number > 1:

它做什么？ while 语句通常检查其表达式，如果为真，它会执行接下来的缩进代码块；如果为假，它会跳过接下来的缩进代码块。

那现在它做什么？ 如果 number > 1 为真，接下来的两行代码将被执行。

number > 1 是否为真？ 最后赋给 number 的值是5，而 5 > 1 所以是的。

接下来运行的行是什么？ 由于 while 为真，接下来运行的是：print(".",end=" ")

这一行做什么？ 打印一个点，并且因为 end=" " 这个额外参数的存在，下一次打印的文本不会换行。

接下来运行的行是什么？ number = number - 1 因为它是下一行并且没有缩进变化。

它做什么？ 它计算 number - 1，即当前的 number（或者是5）减去1，赋值给 number。所以它把 number 的值从5变为4。

接下来运行的行是什么？ 由于缩进级别下降，所以我们需要回到 while 循环，检查：while number > 1:

它做什么？ 它检查 number 的值，这里是4，判断 4 > 1，为真，继续执行。

接下来运行的行是什么？ 由于 while 循环为真，接下来运行的是：print(".",end=" ")

它做什么？ 打印第二个点，并且继续在同一行。

接下来运行的行是什么？ number = number - 1

它做什么？ 它计算 number - 1，即 4 - 1，然后把新值3赋给 number。

接下来运行的行是什么？ 返回到 while 循环，检查 while number > 1:

它做什么？ 它检查 number 的值，这里是3，判断 3 > 1，为真，继续执行。

接下来运行的行是什么？ 由于 while 循环为真，接下来运行的是：print(".",end=" ")

它做什么？ 打印第三个点。

接下来运行的行是什么？ number = number - 1

它做什么？ 它计算 number - 1，即 3 - 1，然后把新值2赋给 number。

接下来运行的行是什么？ 返回到 while 循环，检查 while number > 1:

它做什么？ 它检查 number 的值，这里是2，判断 2 > 1，为真，继续执行。

接下来运行的行是什么？ 由于 while 循环为真，接下来运行的是：print(".",end=" ")

它做什么？ 打印第四个点。

接下来运行的行是什么？ number = number - 1

它做什么？ 它计算 number - 1，即 2 - 1，然后把新值1赋给 number。

接下来运行的行是什么？ 返回到 while 循环，检查 while number > 1:

它做什么？ 它检查 number 的值，这里是1，判断 1 > 1 为假，所以跳

出 while 循环。

接下来运行的行是什么？ 跳出 while 循环后，执行接下来的行：print()

它做什么？ 让屏幕换行。

为什么程序没有打印5个点？ 循环多执行了1次，少打印了1个点。

如何修复？ 让循环少执行1次。可以通过多种方式来实现。可以将 while 循环修改为：while number > 0:，或者修改条件为：number >= 1，还有其他几种方式。

如何修复我的程序？

你需要弄明白程序在做什么。你需要弄明白程序应该做什么。找出两者之间的区别。调试是一项需要练习才能掌握的技能。如果你一个小时后还没弄明白，休息一下，和别人讨论问题，或者凝视着肚脐沉思。过一会儿再回来，你很可能会对问题有新的思路。祝你好运。