本节书摘来自异步社区《C Primer Plus（第6版）中文版》一书中的第2章，第2.7节，作者 傅道坤，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
2.7 调试程序
现在，你可以编写一个简单的C程序，但是可能会犯一些简单的错误。程序的错误通常叫做bug，找出并修正错误的过程叫做调试（debug）。程序清单2.4是一个有错误的程序，看看你能找出几处。
程序清单2.4 nogood.c程序
/* nogood.c -- 有错误的程序 */
include <stdio.h>
int main(void)
(
int n, int n2, int n3;
/* 该程序有多处错误
n = 5;
n2 = n * n;
n3 = n2 * n2;
printf("n = %d, n squared = %d, n cubed = %d\n", n, n2, n3)
return 0;
)
2.7.1 语法错误
程序清单2.4中有多处语法错误。如果不遵循C语言的规则就会犯语法错误。这类似于英文中的语法错误。例如，看看这个句子：Bugs frustrate be can[6]。该句子中的英文单词都是有效的单词（即，拼写正确），但是并未按照正确的顺序组织句子，而且用词也不妥。C语言的语法错误指的是，把有效的C符号放在错误的地方。
nogood.c程序中有哪些错误？其一，main()函数体使用圆括号来代替花括号。这就是把C符号用错了地方。其二，变量声明应该这样写：
int n, n2, n3;
或者，这样写：
int n;
int n2;
int n3;
其三，main()中的注释末尾漏掉了/（另一种修改方案是，用//替换/）。最后，printf()语句末尾漏掉了分号。
如何发现程序的语法错误？首先，在编译之前，浏览源代码看是否能发现一些明显的错误。接下来，查看编译器是否发现错误，检查程序的语法错误是它的工作之一。在编译程序时，编译器发现错误会报告错误信息，指出每一处错误的性质和具体位置。
尽管如此，编译器也有出错的时候。也许某处隐藏的语法错误会导致编译器误判。例如，由于nogood.c程序未正确声明n2和n3，会导致编译器在使用这些变量时发现更多问题。实际上，有时不用把编译器报告的所有错误逐一修正，仅修正第1条或前几处错误后，错误信息就会少很多。继续这样做，直到编译器不再报错。编译器另一个常见的毛病是，报错的位置比真正的错误位置滞后一行。例如，编译器在编译下一行时才会发现上一行缺少分号。因此，如果编译器报错某行缺少分号，请检查上一行。
2.7.2 语义错误
语义错误是指意思上的错误。例如，考虑这个句子：Scornful derivatives sing greenly（轻蔑的衍生物不熟练地唱歌）。句中的形容词、名词、动词和副词都在正确的位置上，所以语法正确。但是，却让人不知所云。在C语言中，如果遵循了C规则，但是结果不正确，那就是犯了语义错误。程序示例中有这样的错误：
n3 = n2 * n2;
此处，n3原意表示n的3次方，但是代码中的n3被设置成n的4次方（n2 = n * n）。
编译器无法检测语义错误，因为这类错误并未违反C语言的规则。编译器无法了解你的真正意图，所以你只能自己找出这些错误。例如，假设你修正了程序的语法错误，程序应该如程序清单2.5所示：
程序清单2.5 stillbad.c程序
/* stillbad.c -- 修复了语法错误的程序 */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int n, n2, n3;
/* 该程序有一个语义错误 */
n = 5;
n2 = n * n;
n3 = n2 * n2;
printf("n = %d, n squared = %d, n cubed = %d\n", n, n2, n3);
return 0;
}
该程序的输出如下：
n = 5, n squared = 25, n cubed = 625
如果对简单的立方比较熟悉，就会注意到625不对。下一步是跟踪程序的执行步骤，找出程序如何得出这个答案。对于本例，通过查看代码就会发现其中的错误，但是，还应该学习更系统的方法。方法之一是，把自己想象成计算机，跟着程序的步骤一步一步地执行。下面，我们来试试这种方法。
main()函数体一开始就声明了3个变量：n、n2、n3。你可以画出3个盒子并把变量名写在盒子上来模拟这种情况（见图2.6）。接下来，程序把5赋给变量n。你可以在标签为n的盒子里写上5。接着，程序把n和n相乘，并把乘积赋给n2。因此，查看标签为n的盒子，其值是5，5乘以5得25，于是把25放进标签为n2的盒子里。为了模拟下一条语句（n3 = n2 * n2），查看n2盒子，发现其值是25。25乘以25得625，把625放进标签为n3的盒子。原来如此！程序中计算的是n2的平方，不是用n2乘以n得到n的3次方。
图2.6 跟踪程序的执行步骤
对于上面的程序示例，检查程序的过程可能过于繁琐。但是，用这种方法一步一步查看程序的执行情况，通常是发现程序问题所在的良方。
2.7.3 程序状态
通过逐步跟踪程序的执行步骤，并记录每个变量，便可监视程序的状态。程序状态（program state）是在程序的执行过程中，某给定点上所有变量值的集合。它是计算机当前状态的一个快照。
我们刚刚讨论了一种跟踪程序状态的方法：自己模拟计算机逐步执行程序。但是，如果程序中有10000次循环，这种方法恐怕行不通。不过，你可以跟踪一小部分循环，看看程序是否按照预期的方式执行。另外，还要考虑一种情况：你很可能按照自己所想去执行程序，而不是根据实际写出来的代码去执行。因此，要尽量忠实于代码来模拟。
定位语义错误的另一种方法是：在程序中的关键点插入额外的printf()语句，以监视制定变量值的变化。通过查看值的变化可以了解程序的执行情况。对程序的执行满意后，便可删除额外的printf()语句，然后重新编译。
检测程序状态的第3种方法是使用调试器。调试器（debugger）是一种程序，让你一步一步运行另一个程序，并检查该程序变量的值。调试器有不同的使用难度和复杂度。较高级的调试器会显示正在执行的源代码行号。这在检查有多条执行路径的程序时很方便，因为很容易知道正在执行哪条路径。如果你的编译器自带调试器，现在可以花点时间学会怎么使用它。例如，试着调试一下程序清单2.4。
