《話(huà)說(shuō)程序調試》示例--分享(轉載)
4．2流程觀(guān)察分析法
流程觀(guān)察分析法，是通過(guò)觀(guān)察分析程序執行流程，了解程序執行信息、并分析這些信息，從而找出錯誤原因及位置。如果，程序的輸出信息不足以提供程序執行流程，那么，需要在程序的控制結構中插入信息輸出（即程序插裝）語(yǔ)句，使得程序試運行時(shí)能輸出相關(guān)信息以獲取程序執行流程信息，使調試者能根據這些信息進(jìn)行分析，獲知程序運行流程與錯誤結果間的關(guān)系，進(jìn)而判斷出錯原因。對于一些新手遇到的“不見(jiàn)程序運行結果”的情形，通過(guò)在程序流程的適當位置插入輸出語(yǔ)句后，能夠了解程序運行的大致情況，從而進(jìn)入下一步調試。
例4.1 需求描述：設計程序，將一維數組（元素為int型）中指定位置pos處的1個(gè)元素刪除。
程序：
/*ch4_ex1.c*/
#include stdio.h
#define MAX 10
main()
int a[MAX],i,pos,num;
num=MAX;
printf("Input array a(%d integer numbers):",MAX);
for(i=0;iMAX;i++)/*輸入數組元素*/
scanf("%d",a[i]);
printf("Specify the position:");
scanf("%d",pos);/*輸入刪除位置，首元從1開(kāi)始*/
if(pos1||posMAX)/*刪除位置合法性檢查*/
printf("Eroor! Enter a key to continue...\n");
getchar();
return;
while(posMAX) /*將pos及其后的元素復制到前一單元*/
a[pos-1]=a[pos];
pos++;
num--;
printf("Now,array a:\n");
for(i=0;inum;i++)/*輸出刪除后的數組元素*/
printf("%8d",a[i]);
程序運行情況：
程序運行后，根據提示信息Input array a (10 integer numbers):輸入數據
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
再根據提示信息Specify the position:輸入 5，程序沒(méi)有反應，強行退出程序執行。分析程序出錯誤情況，從交互信息看，程序已經(jīng)執行到while循環(huán)，可能無(wú)法退出循環(huán)而表現為沒(méi)有反應。那么，看看循環(huán)體的語(yǔ)句吧。從while語(yǔ)句到程序結束的語(yǔ)句
while(posMAX) /*將pos及其后的元素復制到前一單元*/
a[pos-1]=a[pos];
pos++;
num--;
printf("Now,array a:\n");
for(i=0;inum;i++)/*輸出刪除后的數組元素*/
printf("%8d",a[i]);
中，按算法意圖可以看出，while循環(huán)是將pos及其后的元素復制到前一單元，在重復復制過(guò)程中，pos++應該與復制操作（a[pos-1]=a[pos];）同步進(jìn)行，但原程序中卻沒(méi)有用花括號將這兩條語(yǔ)句括起來(lái)構成循環(huán)體，先將發(fā)現的這個(gè)問(wèn)題改正了
while(posMAX) /*將pos及其后的元素覆蓋前一單元*/
a[pos-1]=a[pos];
pos++;
num--;
printf("Now,array a:\n");
for(i=0;inum;i++)/*輸出刪除后的數組元素*/
printf("%8d",a[i]);
運行改正后的程序，結果正常。這樣，程序的錯誤就算排除了。
更多的時(shí)候，情形并非如此，可能不能直接從程序試運行所得結果中了解程序執行流程信息。有些程序在運行時(shí)看不到運行結果，或者程序的輸出結果看不出程序的執行流程。確實(shí)遇到過(guò)這樣的情形，程序運行后沒(méi)有任何輸出，也就不知道程序運行后做了些什么，是否結束運行還是停在什么位置，這與程序設計風(fēng)格有關(guān)，有些程序甚至在數據鍵盤(pán)輸入的語(yǔ)句之前，也沒(méi)有相應的提示信息輸出，應該避免這樣的做法。
例4.3 需求描述：老鼠走迷宮（參見(jiàn)例2.8）
算法描述：（參見(jiàn)文獻[6]）以二維數組maze表示迷宮，其中元素為0表示走得通、元素為1表示走不通（受阻），路徑只考慮水平和垂直兩個(gè)方向（上下左右）。假設老鼠從maze[1][1]進(jìn)入迷宮，而迷宮的唯一出口在maze[m][n]（右下角），任一時(shí)刻老鼠在迷宮中的位置為maze[i][j]，它有四個(gè)方向可以試探，設下一個(gè)位置為maze[g][h]，顯然，若向右走一步，則g=i,h=j+1；向上走一步，則g=i-1,h=j。但當老鼠走到迷宮邊緣時(shí)，不可能再有四個(gè)方向可以試探，因此可以將迷宮數組擴大為maze[m+2][n+2]，并令第0、m+1行和第0、n+1列元素均為1（受阻）。那么，老鼠走迷宮的步驟如下：
1) 老鼠走進(jìn)迷宮入口；
2) 在當前位置上從右方開(kāi)始，然后依下、左、上的順序探測前進(jìn)方向；
3) 向可以進(jìn)入的位置前進(jìn)，即該位置的maze和mark（標志數組）的對應元素均為0。前進(jìn)一步后，將原來(lái)位置改為當前位置，將標志數組mark的相應元素標志為1（已走過(guò)），并將前一位置坐標及進(jìn)入當前位置的方向入棧；
4) 重復步驟2和3；
5) 若找不到前進(jìn)通路，從原路后退一步（退棧），改變探測方向，再重復步驟2和3，以尋找另一條新的通路。
6) 重復步驟2-5，直到走出迷宮或宣布無(wú)通路為止。
程序：例2.8改正了語(yǔ)法錯誤后的函數mazepath()如下
/*ch2_ex8.c*/
void mazepath(int move[2][4],int m,int n)
int i,j,d,g,h;/*d記錄方向, i,j 為移動(dòng)前坐標，g,h為新坐標*/
mark[1][1]=1;
top=0;
i=1;
j=1;
d=0;
do
g=i+move[0][d];
h=j+move[1][d]; /*try*/
if((maze[g][h]==0)(mark[g][h]==0))
mark[g][h]=1; /*Enter new pos*/
top++;
stack[top].i=i; /*old pos push*/
stack[top].j=j;
stack[top].d=d;
i=g;
j=h;
d=0;
else
if(d3) d=d+1;
else
if(top0)
{ i=stack[top].i;
j=stack[top].j;
d=stack[top].d;
top--;
} /*try again*/
else
printf("No path has been found\n");
} while((g==m)(h==n));/*do-while*/
printf("Out maze:g=%d,h=%d\n",g,h);
在例2.8中省略的函數init_array()和disp_path()如下：
void init_array(int a[MAX_SIZE][MAX_SIZE],int m,int n,int fac)
{ /*將數組元素賦初值fac*/
int i,j;
for(i=0;i=m+1;i++)
for(j=0;j=n+1;j++)
a[i][j]=fac;
void disp_path()
{ /*輸出走出迷宮的路徑*/
int k;
for(k=0;k=top;k++)
printf("row=%d,col=%d\n",stack[k].i,stack[k].j);
程序運行情況：
用如圖4.2所示的迷宮布局數據，運行該程序。
運行程序并輸入圖4.2b)的迷宮矩陣，結果輸出：
Out maze
row=0,col=0
row=1,col=1
該結果顯然有問(wèn)題，因為，既然老鼠走出迷宮了，應該顯示出完整的路徑，但這里僅顯示老鼠到達位置（1，1），路徑是不完整的。
調試：
首先用數據透視法查看數組mark和maze中的數據是否正確，即在main函數調用新增的如下函數：
Void disp_array(int a[MAX_SIZE][MAX_SIZE],int m,int n)
int i,j;
printf("The array:\n");
for(i=0;i=row+1;i++)
for(j=0;j=col+1;j++)
printf("%3d",mark[i][j]);
printf("\n");
將數組maze和mark的元素輸出顯示后，發(fā)現數組中的數據是正確的。這樣，把調試重點(diǎn)放到函數mazepath中。該函數主要部分是do循環(huán)，也是老鼠走迷宮算法的主體。不妨用流程觀(guān)察分析法來(lái)調試該函數。為此，在mazepath函數的do循環(huán)中增加語(yǔ)句
printf("i=%d\n",i);
且作為do循環(huán)體的第一句。再運行該程序，顯示結果為：
i=1
Out maze
row=0,col=0
row=1,col=1
從顯示結果可以看出，do循環(huán)僅僅執行了1（i=1）次。分析該循環(huán)控制條件，根據算法描述，只有當老鼠到達最右下角 (m,n)時(shí)，才能走出迷宮，也就是說(shuō)，當(g==m)(h==m)時(shí)應結束循環(huán)，而繼續循環(huán)的條件應是上述退出循環(huán)條件的非，即(gm)||(hn)，但程序中循環(huán)體末的}后的循環(huán)條件是：
while((g==m)(h==n));/*do-while*/
當程序初始進(jìn)入循環(huán)后g、h的取值只可能是0、1、2，所以執行1次就退出循環(huán)了。顯然，這個(gè)條件的表述搞反了。其次，分析if結構，發(fā)現
if(top0)
{ i=stack[top].i;
j=stack[top].j;
d=stack[top].d;
top--;
else
printf("No path has been found\n");
的else分支在輸出了"No path has been found"信息、報告沒(méi)有通路后，沒(méi)有及時(shí)退出該函數，這將在迷宮無(wú)通路時(shí)導致死循環(huán)。因此，將其改正如下
if(top0)
{ i=stack[top].i;
j=stack[top].j;
d=stack[top].d;
top--;
} /*try again*/
else
printf("No path has been found\n");
return;
} while((gm)||(hn));/*do-while*/
去掉剛剛插入do循環(huán)體的語(yǔ)句Printf("i=%d\n",i)，再試運行程序。顯示如下
Out maze
row=0,col=0
row=1,col=1
row=1,col=2
row=2,col=2
row=2,col=3
row=3,col=3
這個(gè)結果又出現了新的問(wèn)題，按算法描述，數組maze的四周為受阻（不可走），怎么會(huì )輸出0行0列坐標，又出口應該是（3，4）而堆棧中保存的路徑卻沒(méi)有該坐標呢？為了找出原因，在if((maze[g][h]==0)(mark[g][h]==0))分支復合語(yǔ)句中，增加如下輸出語(yǔ)句：
if((g==m)||(h==n)) printf("(%d,%d)\n",g,h);
作為該復合語(yǔ)句中的第一條語(yǔ)句，以查看老鼠是否曾到達坐標（3，4）。運行結果顯示，老鼠到達了出口位置（3，4）。那么，為什么堆棧中沒(méi)有記錄呢？分析函數mazepath代碼，其4行將top賦初值0，do循環(huán)的if分支中第一個(gè)坐標入棧前已將top++。這樣，使得stack棧底（0）元素不是老鼠曾經(jīng)所在的位置；同時(shí)，老鼠走出迷宮時(shí)的最后坐標(3,4)也不在棧所保存的路徑中，因為從程序流程發(fā)現，其總是將老鼠的上一次所在位置入棧，而當老鼠到達出口時(shí)的位置卻沒(méi)有入棧。正確的做法應該是，首先將入口位置壓入棧底，而后每前進(jìn)一步就將當前位置入棧。依據上述分析，應將mazepath函數修改為：
void mazepath(int move[2][4],int m,int n)
int i,j,d,g,h;
mark[1][1]=1;
top=0;
i=1;
j=1;
d=0;
stack[top].i=i; /*迷宮入口位置入棧*/
stack[top].j=j;
stack[top].d=d;
do
g=i+move[0][d];
h=j+move[1][d];
if((maze[g][h]==0)(mark[g][h]==0))
mark[g][h]=1; /*Enter new pos*/
top++;
stack[top].i=g; /*old pos push*/
stack[top].j=h;
stack[top].d=d;
i=g;
j=h;
d=0;
else {
if(d3) d=d+1;
else
if(top0)
{ i=stack[top].i;
j=stack[top].j;
d=stack[top].d;
top--;
} /*try again*/
else
printf("No path has been found\n");
return;
}while((gm)||(hn));/*do-while*/
printf("Out maze\n");
再運行程序，顯示結果正確。費了這么多工夫，終于把它調試正確了，聽(tīng)聽(tīng)音樂(lè )輕松一下吧。
好了，輕松之后，我們來(lái)討論一下迷宮布局的一般情形，如果迷宮的入口不是本例算法描述所指定的（1，1）、以及出口也不是位置（m,n），那么只需要簡(jiǎn)單地修改mazepath函數中的i、j初始化語(yǔ)句，以及do循環(huán)末尾的while()條件表達式，即可使程序具有通用性。
通常情況下，流程觀(guān)察分析法可以幫助我們了解程序執行的流程，通過(guò)分析程序的執行流程，可以發(fā)現程序在實(shí)現算法時(shí)存在的一些差錯，從而加以改正。對于算法流程復雜、規模較大的程序調試，該法是有效的方法。
