《话说程序调试》示例--分享(转载)
4．2流程观察分析法
流程观察分析法，是通过观察分析程序执行流程，了解程序执行信息、并分析这些信息，从而找出错误原因及位置。如果，程序的输出信息不足以提供程序执行流程，那么，需要在程序的控制结构中插入信息输出（即程序插装）语句，使得程序试运行时能输出相关信息以获取程序执行流程信息，使调试者能根据这些信息进行分析，获知程序运行流程与错误结果间的关系，进而判断出错原因。对于一些新手遇到的“不见程序运行结果”的情形，通过在程序流程的适当位置插入输出语句后，能够了解程序运行的大致情况，从而进入下一步调试。
例4.1 需求描述：设计程序，将一维数组（元素为int型）中指定位置pos处的1个元素删除。
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++)/*输入数组元素*/
scanf("%d",a[i]);
printf("Specify the position:");
scanf("%d",pos);/*输入删除位置，首元从1开始*/
if(pos1||posMAX)/*删除位置合法性检查*/
printf("Eroor! Enter a key to continue...\n");
getchar();
return;
while(posMAX) /*将pos及其后的元素复制到前一单元*/
a[pos-1]=a[pos];
pos++;
num--;
printf("Now,array a:\n");
for(i=0;inum;i++)/*输出删除后的数组元素*/
printf("%8d",a[i]);
程序运行情况：
程序运行后，根据提示信息Input array a (10 integer numbers):输入数据
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
再根据提示信息Specify the position:输入 5，程序没有反应，强行退出程序执行。分析程序出错误情况，从交互信息看，程序已经执行到while循环，可能无法退出循环而表现为没有反应。那么，看看循环体的语句吧。从while语句到程序结束的语句
while(posMAX) /*将pos及其后的元素复制到前一单元*/
a[pos-1]=a[pos];
pos++;
num--;
printf("Now,array a:\n");
for(i=0;inum;i++)/*输出删除后的数组元素*/
printf("%8d",a[i]);
中，按算法意图可以看出，while循环是将pos及其后的元素复制到前一单元，在重复复制过程中，pos++应该与复制操作（a[pos-1]=a[pos];）同步进行，但原程序中却没有用花括号将这两条语句括起来构成循环体，先将发现的这个问题改正了
while(posMAX) /*将pos及其后的元素覆盖前一单元*/
a[pos-1]=a[pos];
pos++;
num--;
printf("Now,array a:\n");
for(i=0;inum;i++)/*输出删除后的数组元素*/
printf("%8d",a[i]);
运行改正后的程序，结果正常。这样，程序的错误就算排除了。
更多的时候，情形并非如此，可能不能直接从程序试运行所得结果中了解程序执行流程信息。有些程序在运行时看不到运行结果，或者程序的输出结果看不出程序的执行流程。确实遇到过这样的情形，程序运行后没有任何输出，也就不知道程序运行后做了些什么，是否结束运行还是停在什么位置，这与程序设计风格有关，有些程序甚至在数据键盘输入的语句之前，也没有相应的提示信息输出，应该避免这样的做法。
例4.3 需求描述：老鼠走迷宫（参见例2.8）
算法描述：（参见文献[6]）以二维数组maze表示迷宫，其中元素为0表示走得通、元素为1表示走不通（受阻），路径只考虑水平和垂直两个方向（上下左右）。假设老鼠从maze[1][1]进入迷宫，而迷宫的唯一出口在maze[m][n]（右下角），任一时刻老鼠在迷宫中的位置为maze[i][j]，它有四个方向可以试探，设下一个位置为maze[g][h]，显然，若向右走一步，则g=i,h=j+1；向上走一步，则g=i-1,h=j。但当老鼠走到迷宫边缘时，不可能再有四个方向可以试探，因此可以将迷宫数组扩大为maze[m+2][n+2]，并令第0、m+1行和第0、n+1列元素均为1（受阻）。那么，老鼠走迷宫的步骤如下：
1) 老鼠走进迷宫入口；
2) 在当前位置上从右方开始，然后依下、左、上的顺序探测前进方向；
3) 向可以进入的位置前进，即该位置的maze和mark（标志数组）的对应元素均为0。前进一步后，将原来位置改为当前位置，将标志数组mark的相应元素标志为1（已走过），并将前一位置坐标及进入当前位置的方向入栈；
4) 重复步骤2和3；
5) 若找不到前进通路，从原路后退一步（退栈），改变探测方向，再重复步骤2和3，以寻找另一条新的通路。
6) 重复步骤2-5，直到走出迷宫或宣布无通路为止。
程序：例2.8改正了语法错误后的函数mazepath()如下
/*ch2_ex8.c*/
void mazepath(int move[2][4],int m,int n)
int i,j,d,g,h;/*d记录方向, i,j 为移动前坐标，g,h为新坐标*/
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中省略的函数init_array()和disp_path()如下：
void init_array(int a[MAX_SIZE][MAX_SIZE],int m,int n,int fac)
{ /*将数组元素赋初值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()
{ /*输出走出迷宫的路径*/
int k;
for(k=0;k=top;k++)
printf("row=%d,col=%d\n",stack[k].i,stack[k].j);
程序运行情况：
用如图4.2所示的迷宫布局数据，运行该程序。
运行程序并输入图4.2b)的迷宫矩阵，结果输出：
Out maze
row=0,col=0
row=1,col=1
该结果显然有问题，因为，既然老鼠走出迷宫了，应该显示出完整的路径，但这里仅显示老鼠到达位置（1，1），路径是不完整的。
调试：
首先用数据透视法查看数组mark和maze中的数据是否正确，即在main函数调用新增的如下函数：
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");
将数组maze和mark的元素输出显示后，发现数组中的数据是正确的。这样，把调试重点放到函数mazepath中。该函数主要部分是do循环，也是老鼠走迷宫算法的主体。不妨用流程观察分析法来调试该函数。为此，在mazepath函数的do循环中增加语句
printf("i=%d\n",i);
且作为do循环体的第一句。再运行该程序，显示结果为：
i=1
Out maze
row=0,col=0
row=1,col=1
从显示结果可以看出，do循环仅仅执行了1（i=1）次。分析该循环控制条件，根据算法描述，只有当老鼠到达最右下角 (m,n)时，才能走出迷宫，也就是说，当(g==m)(h==m)时应结束循环，而继续循环的条件应是上述退出循环条件的非，即(gm)||(hn)，但程序中循环体末的}后的循环条件是：
while((g==m)(h==n));/*do-while*/
当程序初始进入循环后g、h的取值只可能是0、1、2，所以执行1次就退出循环了。显然，这个条件的表述搞反了。其次，分析if结构，发现
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分支在输出了"No path has been found"信息、报告没有通路后，没有及时退出该函数，这将在迷宫无通路时导致死循环。因此，将其改正如下
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*/
去掉刚刚插入do循环体的语句Printf("i=%d\n",i)，再试运行程序。显示如下
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
这个结果又出现了新的问题，按算法描述，数组maze的四周为受阻（不可走），怎么会输出0行0列坐标，又出口应该是（3，4）而堆栈中保存的路径却没有该坐标呢？为了找出原因，在if((maze[g][h]==0)(mark[g][h]==0))分支复合语句中，增加如下输出语句：
if((g==m)||(h==n)) printf("(%d,%d)\n",g,h);
作为该复合语句中的第一条语句，以查看老鼠是否曾到达坐标（3，4）。运行结果显示，老鼠到达了出口位置（3，4）。那么，为什么堆栈中没有记录呢？分析函数mazepath代码，其4行将top赋初值0，do循环的if分支中第一个坐标入栈前已将top++。这样，使得stack栈底（0）元素不是老鼠曾经所在的位置；同时，老鼠走出迷宫时的最后坐标(3,4)也不在栈所保存的路径中，因为从程序流程发现，其总是将老鼠的上一次所在位置入栈，而当老鼠到达出口时的位置却没有入栈。正确的做法应该是，首先将入口位置压入栈底，而后每前进一步就将当前位置入栈。依据上述分析，应将mazepath函数修改为：
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; /*迷宫入口位置入栈*/
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");
再运行程序，显示结果正确。费了这么多工夫，终于把它调试正确了，听听音乐轻松一下吧。
好了，轻松之后，我们来讨论一下迷宫布局的一般情形，如果迷宫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），那么只需要简单地修改mazepath函数中的i、j初始化语句，以及do循环末尾的while()条件表达式，即可使程序具有通用性。
通常情况下，流程观察分析法可以帮助我们了解程序执行的流程，通过分析程序的执行流程，可以发现程序在实现算法时存在的一些差错，从而加以改正。对于算法流程复杂、规模较大的程序调试，该法是有效的方法。
