17. 常见错误与调试技巧

在编程的过程中，出现错误是很正常的事情。学会识别和解决这些错误，是每个程序员必备的技能。接下来，我们将介绍C++编程中常见的三类错误：语法错误（编译错误）、逻辑错误和运行时错误，并分享一些相应的调试技巧。

17.1 语法错误（编译错误）

17.1.1 什么是语法错误

语法错误也被叫做编译错误，它是指在编写代码时违反了C++语言的语法规则。当你尝试编译包含语法错误的代码时，编译器会发现这些错误并给出相应的错误信息。

17.1.2 常见的语法错误示例

• 缺少分号 在C++里，每条语句通常都要以分号结尾。要是忘记写分号，编译器就会报错。

#include <iostream>
int main() {
    std::cout << "Hello, World!"  // 缺少分号
    return 0;
}

编译器可能会给出类似这样的错误信息：“error: expected ‘;’ before ‘return’”，意思是在return之前缺少分号。

• 括号不匹配 在C++中，括号（如()、{}、[]）必须成对出现。如果括号不匹配，编译器也会报错。

#include <iostream>
int main() {
    if (true {  // 缺少右括号
        std::cout << "This is true." << std::endl;
    }
    return 0;
}

编译器可能会提示“error: expected ‘)’ before ‘{‘ token”，表明在{之前缺少右括号。

• 拼写错误 变量名、函数名或者关键字的拼写错误也会引发语法错误。

#include <iostream>
int main() {
    std::coutt << "Hello, World!" << std::endl;  // 拼写错误，正确的是 std::cout
    return 0;
}

编译器会指出“error: ‘std::coutt’ was not declared in this scope”，意思是std::coutt在当前作用域未被声明。

17.1.3 调试语法错误的技巧

• 仔细查看编译器的错误信息：编译器的错误信息通常会指出错误所在的行号和大致原因。仔细阅读这些信息，能帮助你快速定位问题。
• 逐步检查代码：从错误信息提示的行开始，逐步检查代码，查看是否有遗漏分号、括号不匹配或者拼写错误等问题。
• 使用代码编辑器的语法高亮功能：很多代码编辑器都有语法高亮功能，它能帮助你更直观地发现语法错误。例如，错误的代码可能会显示为不同的颜色。

17.2 逻辑错误（调试方法）

17.2.1 什么是逻辑错误

逻辑错误是指代码在语法上没有问题，能够正常编译和运行，但程序的运行结果不符合预期。这类错误通常是由于程序的逻辑设计有误导致的。

17.2.2 常见的逻辑错误示例

• 条件判断错误

#include <iostream>
int main() {
    int num = 10;
    if (num = 5) {  // 错误：使用了赋值运算符 =，应该使用比较运算符 ==
        std::cout << "num 等于 5" << std::endl;
    }
    return 0;
}

在这个例子中，if (num = 5) 实际上是将num赋值为 5，而不是比较num是否等于 5。因此，无论num的初始值是多少，这个条件都会被认为是true。

• 循环条件错误

#include <iostream>
int main() {
    int i = 0;
    while (i < 10) {
        i--;  // 错误：i 递减，导致循环无法正常结束
        std::cout << i << std::endl;
    }
    return 0;
}

在这个例子中，i在每次循环中递减，导致i永远小于 10，循环会一直进行下去，形成无限循环。

17.2.3 调试逻辑错误的技巧

• 添加调试输出：在关键位置添加std::cout语句，输出变量的值，这样可以帮助你了解程序的执行流程和变量的变化情况。

#include <iostream>
int main() {
    int num = 10;
    if (num = 5) {
        std::cout << "进入 if 语句，此时 num 的值为: " << num << std::endl;
        std::cout << "num 等于 5" << std::endl;
    }
    return 0;
}

通过输出num的值，你可以发现if语句的条件判断有误。

• 使用调试器：很多集成开发环境（IDE）都提供了调试器功能。你可以在代码中设置断点，让程序在断点处暂停执行，然后逐步查看变量的值和程序的执行流程。

17.3 运行时错误（异常处理基础）

17.3.1 什么是运行时错误

运行时错误是指程序在运行过程中出现的错误，这类错误通常在编译时无法发现。运行时错误可能会导致程序崩溃或者产生不可预期的结果。

17.3.2 常见的运行时错误示例

• 除零错误

#include <iostream>
int main() {
    int a = 10;
    int b = 0;
    int result = a / b;  // 除零错误
    std::cout << "结果: " << result << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，b的值为 0，进行除法运算时会引发除零错误，程序可能会崩溃。

• 数组越界访问

#include <iostream>
int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::cout << arr[10] << std::endl;  // 数组越界访问
    return 0;
}

在这个例子中，数组arr的有效下标范围是 0 到 4，访问arr[10]会导致数组越界访问，可能会产生不可预期的结果。

17.3.3 异常处理基础

在C++中，可以使用try-catch语句来处理运行时错误。try块中包含可能会引发异常的代码，catch块用于捕获和处理异常。

#include <iostream>
int main() {
    int a = 10;
    int b = 0;
    try {
        if (b == 0) {
            throw "除零错误！";  // 抛出异常
        }
        int result = a / b;
        std::cout << "结果: " << result << std::endl;
    } catch (const char* error) {
        std::cout << "捕获到异常: " << error << std::endl;
    }
    return 0;
}

在这个例子中，当b等于 0 时，会抛出一个异常，catch块会捕获这个异常并输出错误信息，避免程序崩溃。

17.4 总结

在编程过程中，语法错误、逻辑错误和运行时错误是常见的问题。通过仔细查看编译器的错误信息、添加调试输出、使用调试器和异常处理等技巧，你可以更有效地识别和解决这些错误，提高编程的效率和代码的质量。

17.5 课后练习

1. 找出以下代码中的语法错误并改正：

#include <iostream>
int main() {
    int num = 10
    if (num > 5) {
        std::cout << "num 大于 5"
    }
    return 0;
}

2. 分析以下代码的逻辑错误，并修改代码使其能正确输出 1 到 10 的整数：

#include <iostream>
int main() {
    int i = 1;
    while (i <= 10) {
        i++;
        std::cout << i << std::endl;
    }
    return 0;
}

3. 使用try-catch语句处理以下代码中的除零错误：

#include <iostream>
int main() {
    int a = 20;
    int b = 0;
    int result = a / b;
    std::cout << "结果: " << result << std::endl;
    return 0;
}