编程精粹—— Microsoft 编写优质无错 C 程序秘诀 04：对程序进行逐步跟踪

本文主要是介绍编程精粹—— Microsoft 编写优质无错 C 程序秘诀 04：对程序进行逐步跟踪，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

这是一本老书，作者 Steve Maguire 在微软工作期间写了这本书，英文版于 1993 年发布。2013 年推出了 20 周年纪念第二版。我们看到的标题是中译版名字，英文版的名字是《Writing Clean Code ─── Microsoft’s Techniques for Developing》，这本书主要讨论如何编写健壮、高质量的代码。作者在书中分享了许多实际编程的技巧和经验，旨在帮助开发人员避免常见的编程错误，提高代码的可靠性和可维护性。

不记录，等于没读。本文记录书中第四章内容：对程序进行逐步跟踪。

前两章我们讲到了 断言 和 为子系统设防 这两种自动化检查方法，这两种检查措施都很有价值。我们也说过，不要等待错误发生。要“挨门挨户”的搜查错误：在程序中加上能够积极地寻找这种问题的调试代码。
这里隐含着一个条件，你必须知道哪里可能会发生错误，也就是说：事先，你得知道错误“长什么样”。如果你不知道错误是什么，就抓不到这个错误。比如你只在门窗上安装了报警器，那么当小偷从地下室的开口进入，就不会引起警报。
保证家中物品不被偷走的可靠办法是：在小偷有可能光顾的期间内呆在家里。防止错误进入程序的办法也是这样，在 最有可能出现错误 的时候，密切关注。因此，找到错误的最佳方法是使用调试器逐步执行所有新代码。通过逐步执行每条指令，关注数据流，可以快速发现表达式和算法中的问题。专注于数据而不是指令，可以从另一个角度来审视代码。逐步调试代码虽然花时间，但远没有大多数程序员想象的那么耗时。

那么，什么时候是 最有可能出现错误的时候？
答案是：在编写或修改程序的时候，最可能出现错误，我们要认识到这一点的重要性。编写无错代码的最好办法是在编译时对其进行详尽的测试。

我们在第一章中介绍了 黑箱 测试。测试者给程序提供大量的输入，然后检查输出，如果测试者认为相应的输出没有问题，那么则认为程序没有问题。

黑箱测试的缺陷在于，除了提供输入和检查输出之外，测试者再没有别的方法对代码进行测试。给一些输入，得到了正确的输出，并不能保证代码是正确的。就像你问一些问题，倾听对方回答，并不能确定对方是不是疯子，因为你不知道对方脑袋里在想些什么。

上面的这些限制对程序员来说都不是什么难事。程序员可以在代码中设置断点，一步一步跟踪代码的运行，观察输入变为输出的过程。程序员测试程序最好的办法是对代码进行逐条跟踪，对中间的结果进行认真的查看。

不要等到出了错误再对程序进行逐条地跟踪！

对正常处理程序逐条跟踪
对错误处理部分逐条跟踪
对程序中每一条可能的路径逐条跟踪（明显的路径：if、switch，其它路径：&&、||、?:）

习惯于对代码进行逐条跟踪会产生一个有趣的现象，即他们很快就会学会编写较小的容易测试的函数，因为对大函数进行逐条地跟踪非常痛苦。

对代码进行逐条跟踪的真正作用是：可以使我们观察到数据在函数汇中的流动

如果单步执行仍不能得到执行的细节，那么对于关键部分的代码要进行汇编指令级的逐条跟踪。

小结

代码不会自己生出错误，错误是程序员的产物，编写新代码或者修改现有代码都可能产生错误。如果想发现代码中的错误，最好的方法是逐条跟踪代码。
逐条跟踪代码并不会花费太多时间，与返工带来的影响相比，这点时间划算的很。
一定要对每一条代码路径进行逐条的跟踪，尤其是错误处理部分。&&、|| 和 ?: 运算符，它们每个都有两条代码路径需要测试。
当需要汇编级别的逐条跟踪时，不要回避。

题外话

本书第一稿出版于 1993 年，当时软件工程领域还没有 敏捷开发 、测试驱动开发 等概念(这些概念大范围被认可是在 2000 年左右)。作者写这本书的时候遵循一个理念，那就是只介绍那些并不广为人知，没有被广泛实践，也没有被广泛使用的概念和开发哲学。那个时候作者已经认识到测试的重要性，提倡编写较小的容易测试的函数。在当今 (2024 年) 来看，这是再平常不过的事情，甚至，对于“防止错误进入程序”，我们也有了更号的方法，那就是 测试驱动编程 。我在之前的博文《C 嵌入式系统设计模式 01：软件开发概述》中描述过自己对测试驱动开发的见解，现摘录如下：

开发无缺陷软件的最新技术是一种称为 测试驱动开发 (TDD) 的敏捷实践。

无缺陷的软件 （defect-free software）表示该软件没有任何错误、缺陷或问题，能够按照预期的功能和需求正常运行。

“开发无缺陷的软件？这怎么可能！”换做以前的我，不假思索地就会如此断言。但那时的我，从没有想过，我给出的这个结论，依据是什么。事实上，我没有依据，我连脑子都没动过一下，就草率地下了这样的判断。

而现在，我开始反思这个问题，一方面是因为我的思维方式发生了转变，不再轻易地给出片面的结论；另一方面，是因为我尝试了测试驱动开发。尽管我依然认为开发完全无缺陷的软件是一个难以企及的目标，但测试驱动开发确实让我看到了这一目标的可能性。它让我对我的软件质量越来越有信心。

在尝试测试驱动开发的早期，最难以理解、最难以坚持的可能是被称为 Bob Martin 的测试驱动 3 条原则：

不允许编写任何产品代码，除非它可以让失败的单元测试通过。
不允许编写任何足以导致失败的更多的单元测试，编译失败也算失败。
不允许编写任何足以让单元测试通过的更多的产品代码

You are not allowed to write any production code unless it is to make a failing unit test pass.
You are not allowed to write any more of a unit test than is sufficient to fail; and compilation failures are failures.
You are not allowed to write any more production code than is sufficient to pass the one failing unit test.

首先，你需要先编写单元测试，这就是为什么叫做测试驱动的原因之一。但是根据规则 2，你不能写太多的单元测试，一旦单元测试代码无法编译或者断言失败，就必须编写产品代码。但是根据规则 3，你只能编写恰好使单元测试编译通过或者断言通过的产品代码，而不能再多！

当我年轻时，我曾尝试测试驱动编程，先后尝试过两次，都因为第 2 和第 3 条原则而放弃，我觉得它很愚蠢！如果你没有尝试过测试驱动开发，也许无法体会到我当时的感受。没有关系，我只是想分享一下我曾经的态度和后来的变化。

随着年龄的增长，我的思维方式发生了转变，我收起了排斥和轻视的态度，放下成见，严格遵守测试驱动原则来编写一个程序。然后，我被测试驱动开发迷住了。

我开始认识到，那些我曾经认为愚蠢的规则，实际上并不愚蠢，而是构建稳健软件必不可少的基础，坚持这样的原则，能确保我的代码在全面且细致的测试用例中得到验证，换句话说，能产生彻底测试过的产品代码。

彻底测试，是每一个软件开发者的理想目标，只有达到这一条件，我们才有可能触及编写无缺陷软件的可能。很多时候，我们都在竭尽全力追求彻底测试，但受限于大脑的逻辑和记忆能力，总是会遗漏某些测试路径。然而，遵守测试驱动开发的 3 条原则，可以帮助我们系统化地进行测试，确保每一个细节都得到了验证。只是遵守 3 条原则，就能实现如此的效果，这真是太划算了。