调试程序的利器—printf

声明：这些内容主要是面向C语言的初学者，尤其是正在学习C语言的学生。
当排除了所有的语法错误，但运行结果却不正确时，很多初学者往往束手无策，只好求助老师了，“老师，我这个程序没错，但结果不正确”，这是在上机课上经常听到的声音。初学者缺乏经验，也缺乏耐心。殊不知每个程序员都是在不断的和错误斗争的过程中成长起来的，调试程序的过程有时候是很痛苦的，但发现错误原因的那一刻，幸福却是满满的。

调试程序的方法很多，但对于初学者来说，用好printf基本就能解决大多数问题，可以说简单实用。当程序编译报错时，我们一般能很快解决问题，那是因为编译器明确地告诉你哪一行有问题。但当编译没错，程序运行结果出错时，没有人告诉我们错在哪里，这时候就需要自己想办法去确定错误的位置。printf函数就是用来确定错误位置的一把利器。运行结果不对时，错误可能发生在程序的任意一行，我们可以从打印结果的代码开始倒着往回寻找，适当的打印出一些中间结果（变量或者表达式的值），如果发现某个中间结果和你期望的值不同时，就进一步去检查和分析与这个中间结果相关的语句，有必要的话可以继续输出一些变量进行观察。通过这种不断打印中间结果进行观察和分析的方法，往往很快就能定位错误的位置。下面通过一个例子来说明这种方法。

例: 计算1-1/2+1/3-1/4+...+1/99-1/100+...，直到最后一项的绝对值小于1E-4为止。

某位学生的程序：

程序的运行结果如图1所示，sum = 0.000000，显然这个结果是错误的。



图1. 错误的运行结果

分析：

按照我们上面所说的方法，输出一些中间结果来观察和分析。离打印sum的语句最近的是while循环，循环体的最后一句是n++; 我们就先输出n的值来看看，即在循环体的最后加一句printf(“n=%d”,n); 程序如下：

你期望的结果一定是一列很长的n= 1 n=2 n=3…，因为我们知道随着循环的不断进行，n的值一直会增1。然而，重新运行程序后得到的结果居然和图1一模一样，一个n都没有被输出，sum依然为0。这和我们的期望相去甚远，但高兴的是，离发现问题很近了。为什么一个n都没有被输出来呢，n至少还有一个初值1呀。仔细思考，只有一种可能：while循环一次都没执行。while循环一次都不执行的原因也很容易想到，while语句中的循环条件第一次就是假。这时候我们就能定位错误的位置了：循环条件有问题！通过增加一个printf函数我们就成功定位了错误的位置。接下来，就是仔细研究循环条件了，题目中说“直到最后一项的绝对值小于1E-4为止”，那意思就是说当某一项的绝对值小于1E-4时，循环结束，反过来就是，要让循环得以继续，每一项的绝对值必须大于等于1E-4。说到这里，相信大家明白了，源程序中循环条件写反了，正确的应该是：while((1.0/n)>=1E-4)。请自己修改程序并运行。

上面的例子程序比较短，加了一个printf就能确定错误的位置，如果程序较长的话，就需要增加多个printf来打印中间结果，并且逐段去排查。这种方法很灵活，上面的例子中也不一定要打印n的值，也可以打印sum或者term的值来观察，可以得到同样的结论，大家需要多做练习来体会这种简单但强大的调试程序的方法。