03 - 调试与问题解决能力¶

目标：能独立定位和修复bug，不依赖AI

时间：1周

核心原则：调试是编程的核心技能，必须掌握

🐛 为什么调试能力重要？¶

现实场景¶

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场景1：代码报错
新手："这段代码报错了，帮我修一下"（直接问AI）
老手："我看看错误信息... 哦，是索引越界了"

场景2：程序结果不对
新手："结果不对，哪里错了？"（直接问AI）
老手："我加几个print看看中间值... 找到问题了"

场景3：程序卡住
新手："程序没反应，怎么办？"（直接问AI）
老手："我检查一下是不是死循环..."

调试能力 = 独立解决问题能力¶

✅ 不依赖AI，自己定位问题
✅ 快速修复bug
✅ 预防类似问题
✅ 深入理解代码逻辑

🎯 调试方法论¶

方法1：科学调试法¶

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1. 收集证据
   ↓ 观察现象，记录错误信息
2. 提出假设
   ↓ 猜测可能的原因
3. 验证假设
   ↓ 设计实验验证
4. 定位问题
   ↓ 找到根本原因
5. 修复验证
   ↓ 修复并测试

方法2：分而治之¶

Python

# 问题代码
def complex_function(data):
    result = step1(data)      # 可能出错
    result = step2(result)    # 可能出错
    result = step3(result)    # 可能出错
    return result

# 调试方法：分段测试
print("After step1:", step1(data))
print("After step2:", step2(step1(data)))
print("After step3:", step3(step2(step1(data))))

方法3：最小复现¶

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原则：用最少的代码复现问题

错误做法：
- 在一个大项目中找bug
- 依赖复杂的环境

正确做法：
- 把问题代码抽出来
- 用最简单的输入复现
- 排除无关因素

🛠️ 调试工具与技术¶

技术1：print调试法¶

最简单但最有效的调试方法：

Python

def calculate_average(numbers):
    print(f"Input: {numbers}")  # 查看输入

    if not numbers:
        print("Empty list!")  # 检查边界
        return 0

    total = sum(numbers)
    print(f"Sum: {total}")  # 查看中间值

    count = len(numbers)
    print(f"Count: {count}")  # 查看中间值

    average = total / count
    print(f"Average: {average}")  # 查看结果

    return average

技术2：断言（assert）¶

在关键点检查假设：

Python

def divide(a, b):
    assert b != 0, "除数不能为0"
    assert isinstance(a, (int, float)), "a必须是数字"
    assert isinstance(b, (int, float)), "b必须是数字"

    return a / b

# 使用
divide(10, 0)  # AssertionError: 除数不能为0

技术3：日志记录¶

比print更专业的调试方法：

Python

import logging

# 配置日志
logging.basicConfig(
    level=logging.DEBUG,
    format='%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s'
)

def process_data(data):
    logging.debug(f"开始处理数据: {data}")

    try:  # try/except捕获异常
        result = step1(data)
        logging.info(f"步骤1完成: {result}")

        result = step2(result)
        logging.info(f"步骤2完成: {result}")

    except Exception as e:
        logging.error(f"处理失败: {e}")
        raise

    logging.debug(f"处理完成: {result}")
    return result

技术4：使用IDE调试器¶

VS Code调试基础：

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1. 设置断点：点击行号左侧
2. 启动调试：F5
3. 单步执行：
   - F10：单步跳过（不进入函数）
   - F11：单步进入（进入函数）
   - Shift+F11：单步跳出
4. 查看变量：左侧变量面板
5. 条件断点：右键断点设置条件

📝 常见错误与调试¶

错误类型1：语法错误¶

Python

# 错误代码
if x > 5
    print("x is big")

# 错误信息
# SyntaxError: expected ':'

# 调试方法
# 1. 看错误提示的行号
# 2. 检查语法（漏了冒号、括号不匹配等）

错误类型2：运行时错误¶

Python

# 错误代码
def get_element(arr, index):
    return arr[index]

get_element([1, 2, 3], 5)

# 错误信息
# IndexError: list index out of range

# 调试方法
# 1. 打印arr和index的值
# 2. 检查index是否在有效范围
# 3. 添加边界检查

修复：

Python

def get_element(arr, index):
    print(f"Array: {arr}, Index: {index}, Length: {len(arr)}")

    if index < 0 or index >= len(arr):
        print(f"Error: Index {index} out of range [0, {len(arr)-1}]")
        return None

    return arr[index]

错误类型3：逻辑错误¶

Python

# 错误代码：计算1到n的和
def sum_n(n):
    total = 0
    for i in range(n):  # 错误：应该是range(1, n+1)
        total += i
    return total

print(sum_n(5))  # 期望15，实际10

# 调试方法
# 1. 手动计算期望结果
# 2. 打印每次循环的值
# 3. 对比找出差异

调试：

Python

def sum_n(n):
    total = 0
    for i in range(n):
        print(f"i={i}, total={total}")  # 查看循环过程
        total += i
    print(f"Final total: {total}")
    return total

sum_n(5)
# 输出：
# i=0, total=0
# i=1, total=0
# i=2, total=1
# i=3, total=3
# i=4, total=6
# Final total: 10
# 发现：i从0开始，不是从1开始

错误类型4：类型错误¶

Python

# 错误代码
def add(a, b):
    return a + b

add("5", 3)  # TypeError: can only concatenate str to str

# 调试方法
# 1. 打印参数类型
# 2. 添加类型检查

修复：

Python

def add(a, b):
    print(f"a={a}, type={type(a)}")
    print(f"b={b}, type={type(b)}")

    if not isinstance(a, (int, float)):
        a = float(a)
    if not isinstance(b, (int, float)):
        b = float(b)

    return a + b

🎓 调试实战练习¶

练习1：找出并修复bug¶

Python

def find_max_index(arr):
    """找出数组中最大值的索引"""
    max_index = 0
    for i in range(len(arr)):
        if arr[i] > arr[max_index]:
            max_index = i
    return max_index

# 测试
print(find_max_index([3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]))  # 期望5，实际？

你的任务： 1. 先不看答案，自己找出bug 2. 用print调试 3. 修复bug

练习2：复杂bug调试¶

Python

def flatten(nested_list):
    """将嵌套列表展平"""
    result = []
    for item in nested_list:
        if isinstance(item, list):  # isinstance检查对象类型
            result.extend(flatten(item))
        else:
            result.append(item)
    return result

# 测试
test = [1, [2, 3], [4, [5, 6]], 7]
print(flatten(test))  # 期望[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

问题：如果输入包含非列表可迭代对象（如字符串），会怎样？

练习3：性能问题调试¶

Python

def fibonacci(n):
    """计算斐波那契数列第n项"""
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

# 测试
print(fibonacci(35))  # 很慢！

问题：为什么慢？如何优化？

调试：

Python

call_count = 0

def fibonacci(n):
    global call_count
    call_count += 1

    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

fibonacci(10)
print(f"Call count: {call_count}")  # 看看调用了多少次

🎯 问题解决框架¶

框架：5W1H¶

遇到问题时，问自己：

问题	说明
What	什么现象？报错信息是什么？
When	什么时候发生的？
Where	在哪行代码？哪个函数？
Why	为什么会这样？
Who	哪个数据/变量导致的？
How	如何修复？如何预防？

示例应用¶

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问题：程序崩溃

What: IndexError: list index out of range
When: 运行到第15行时
Where: get_user函数
Why: 用户列表为空，但代码假设至少有一个用户
Who: users变量是空列表
How: 添加空列表检查

✅ 阶段检查¶

完成以下检查，确认你掌握了调试能力：

📚 下一步¶

完成调试能力训练后，进入 04-阅读源码技巧.md

记住：调试能力决定了一个程序员的上限。掌握调试，你就掌握了编程！ 🔧