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实验 03：调试（第二部分）

MOLI：本次实验你将会学到什么

  • 调试技巧和工具的使用
  • 如何阅读堆栈跟踪
  • 异常类型及处理方法
  • IntelliJ 调试器的高级功能

常见问题解答

实验 03 的常见问题解答在这里。

简介

这是上周调试实验的延续。本周的实验中，我们将使用上周使用的调试工具，并获得更多调试实践。今天实验的目标是更深入地了解以下内容：

  • 阅读堆栈跟踪并知道如何从中隔离错误。
  • 理解我们可能遇到的不同类型的异常。
  • 更加熟练地使用 IntelliJ 调试器。
  • 异常断点、表达式和监视（可选）。

一如既往，如果不确定某个内容的含义，特别是堆栈跟踪中出现的特定异常或错误，请随时查找。提示旨在引导您的思考，但我们鼓励您在打开提示之前先尝试自行完成实验。

Adventure

运行游戏和测试

首先要做的是运行 AdventureGame 中的 main 方法以运行整个游戏。按照游戏运行后给出的指示操作。这将帮助您了解您正在调试的程序应该做什么（如果遇到错误，这是正常的）。

然后，在运行游戏后，运行 tests/adventure/AdventureGameTests 中的测试。它们会在 BeeCountingStage 阶段失败，这将引导您调试下面的第一个错误（注意此时所有测试都会失败）。要通过 AdventureGameTests 的所有测试，您需要修复所有单独的阶段测试（修复一个阶段将显示您通过了该单独阶段）。阶段应按规范顺序完成。

我们鼓励您在完成每个阶段后运行游戏，以查看它们与游戏的关系。别忘了经常提交代码以保存进度！

阅读堆栈跟踪

当 Java 中发生 运行时错误 时，会在控制台上打印出堆栈跟踪，以提供有关错误发生位置以及程序到达该位置所采取步骤的信息。首次运行 Adventure 时，您的堆栈跟踪可能如下所示：

stack trace

首先要注意的是发生了什么类型的错误；这在堆栈跟踪的第一行显示。在这种情况下，我们的代码抛出了一个 NullPointerException。

对于某些异常，包括 NullPointerException，Java 会给出一个解释。在这里，this.input 是 null，因此无法对其调用方法。

下面的行表示程序到达错误时所采取的方法序列：列表中的第一行是错误发生的位置，而其下的行表示调用抛出错误的方法的代码行，依此类推。

您可以点击 蓝色文本 导航到该文件和行。

Tip

要了解如何解释堆栈跟踪，通常会从顶部开始。如前所述，堆栈跟踪的第一行是错误发生的位置——换句话说，这是错误发生前发生的最后一个方法调用，因此您可以使用它来隔离错误的位置。根据程序的编写方式、设计方式以及您编写/贡献的代码，您可以在堆栈跟踪中导航到相应的行，点击 蓝色文本 跳转到该行并开始调试。

Warning

对于以下每个阶段，只更改必要的内容 ！除非另有说明，否则不应重写整个代码块。我们已包含更改行数作为指南。

Tip

如果您愿意，可以每次通过冒险游戏来验证正确性，但不必这样做——可以直接通过测试进行调试。对于您要处理的每个文件，它包含一个 playStage 方法，您可以在该方法中设置断点。从那里，您可以开始在 AdventureGameTests 中进行调试。

调试 BeeCountingStage

Task

通过分析堆栈跟踪修复 BeeCountingStage 中发生的 NullPointerException。您可以忽略带有 <XX internal lines> 的行；这些通常是测试框架或库代码中的内容，通常不会帮助您找到错误。

预期修改行数：1

提示1

错误发生在某一行，并不一定意味着那段代码不正确——堆栈跟踪中显示的某些内容可能是难以捉摸的罪魁祸首！

提示2

仔细查看构造函数。查看声明的变量以及实例化的内容。

事实证明，这并不是 BeeCountingStage 中唯一的错误！

任务

修复 BeeCountingStage 中发生的 IndexOutOfBoundsError。

信息

请忽略堆栈跟踪顶部指向 Objects.java 和 ArrayList.java 的灰色链接。错误可能 发生 在非你编写的代码中，但根本原因可能是 你的代码 试图执行的操作。

预期修改行数：1

提示1

别忘了，Java 是从 0 开始索引的！

调试 SpeciesListStage

任务

修复 SpeciesListStage 中的错误。如果在异常发生的方法中看不出问题（堆栈跟踪的第一行），通常可以查看第二行，看看方法是从哪里调用的，以及使用了哪些参数。

预期修改行数：3-4

提示1

考虑可能的列表。代码是否涵盖了所有情况？是否有任何边界情况代码未能处理？

阅读方法上方的 javadoc 注释可能也会有所帮助，以获得有关方法作用的更多背景信息。

您需要编辑 handleResponses。

Debug PalindromeStage

任务

有时，IntelliJ 会提示你一些它认为有问题的地方。将鼠标悬停在带有黄色/橙色高亮的错误位置（在 PalindromeStage 的 digitsToIntList 方法中 - 可以通过堆栈跟踪导航到该方法）。这是否给你提供了任何有用的信息？

使用此功能来解决 PalindromeStage 中的错误。

信息

如果调试器响应缓慢，通常是由于代码中存在无限循环。如果设置的断点从未达到，则意味着在该断点之前发生了无限循环！结合逐步调试来隔离问题。

警告

在此部分中有两个错误需要修复。首先修复最明显的一个，然后尝试隔离并解决第二个。此部分实验的提示适用于需要解决的第二个错误。

预期修改行数：3

提示1仅适用于第二个错误

如果还没有，请阅读上面的说明。查看调用 digitsToIntList 的方法。如果在方法中设置断点并通过调试器运行，是否能够退出 while 循环？我们需要满足什么条件才能跳出 while 循环？这个条件是否达成？尝试结合使用 Java 可视化工具，以便更仔细地通过可视化工具检查错误。

调试 MachineStage

MachineStage 中的 sumOfElementwiseMax 方法应该接受两个数组，计算这两个数组的逐元素最大值，然后对结果中的最大值求和。例如，对于两个数组 {2, 0, 10, 14} 和 {-5, 5, 20, 30}，逐元素最大值为 {2, 5, 20, 30}。在第二个位置，0 和 5 中较大的是 5。此逐元素最大值的和为 2+5+20+30=57。

有两个不同的错误导致该方法返回错误的结果。可以假设 playStage 中的输入解析代码是正确的。

为了找到这些错误，不需要进入 mysteryMax 或 mysteryAdd 函数，甚至不需要理解它们的作用。也就是说，应该使用 step over 来 仅查看结果 。这些是 神秘 函数，故意被混淆。如果不小心进入了这两个函数，可以使用 step out 按钮退出。

即使不进入这些函数，也应该能够判断它们是否存在问题。这就是抽象的妙处！即使我不知道鱼在分子水平上是如何工作的，但在某些情况下，我可以清楚地判断鱼是否已经死了。

任务

修复两个错误，使 sumOfElementwiseMax 返回正确的结果。如果在 mysteryMax 或 mysteryAdd 中发现错误，请重新编写有问题的方法，而不是尝试修复它。但不要不必要地重写代码——请先确认它确实出问题了！

预期修改行数：2-5

提示

  • 理解 sumOfElementwiseMax 函数的预期作用。当你为游戏提供输入时，尝试手动或使用计算器计算答案。验证你的计算结果与输出是否一致，你会发现输出不正确。

  • 在调用 sumOfElementwiseMax 的行上设置断点。当你运行调试器时，进入 sumOfElementwiseMax，然后使用 step over 查看 arrayMax 调用的结果。arrayMax 的输出是否符合你的预期？

  • 如果你认为 arrayMax 存在错误，应进入 arrayMax。不要进入 mysteryMax，除非你认为它有错误，那就完全重写它。

  • 重复 arraySum 和 mysteryAdd。

又一个调试谜题？！ [可选]

实验的其余部分是 可选 的。我们将介绍一些你可能会发现有用的 IntelliJ 调试器工具 - 异常断点和表达式监视。

危险

不要修改 Puzzle.java！

警告

这些练习将涉及处理看似复杂和不熟悉的代码。请遵循抽象屏障，尝试在不完全理解的情况下找到答案！

异常断点

在调试时，你有时可能会遇到意外错误，这使得确定代码错误变得困难。为帮助解决此问题，IntelliJ 允许你在异常上设置断点。这些断点确保当你的代码抛出异常时，调试器将暂停执行，允许你检查程序状态。

运行 Puzzle 类。你应该会看到以下输出：

Puzzle output

对于许多常见异常，IntelliJ 会在控制台输出中显示一个“创建断点”按钮（就在上图中 java.lang.RuntimeException 的右侧），该按钮允许你访问高级断点窗口。要在没有此按钮的情况下访问它，请在任何行上创建一个断点（在下图中，我们在第 23 行创建了一个断点），右键单击并选择“更多”。

More breakpoint popup

高级断点窗口应该类似于这样：

Advanced breakpoint window

这里有很多内容，但你不需要了解大部分。点击左上角的加号符号，你应该会看到这样的弹出窗口：

Exception breakpoint popup

选择“Java 异常断点”，会出现另一个窗口，你可以在其中指定我们希望暂停执行的异常类型。控制台告诉我们，我们遇到了 java.lang.RuntimeException，因此请选择该选项。

Runtime Exception Breakpoint

现在你应该看到原始的高级断点窗口，其中有一个新创建的异常断点，名为“java.lang.RuntimeException”（如果你使用控制台的“创建断点”按钮访问窗口，可能会看到两个副本，这没关系）。 您可以选择在捕获或未捕获的异常上中断，也可以选择两者兼有。这很有用，因为许多库代码会有意抛出和捕获大量异常，因此如果需要，这允许我们专注于未处理的异常。目前，请继续保持两个选项都选中。

如果此时调试程序，您的代码应在第 53 行暂停，通常的红色圆圈位置将有一个小闪电符号。这表明断点是由异常而不是普通断点触发的。

Line 53 Exception breakpoint

从这里，我们可以看出 IntelliJ 暗示问题可能出在 src/puzzle/answer.txt。通过检查该文件，探索 Puzzle.java，以及使用您在实验 02 和本次实验中学到的其他调试技术，您能找出发生了什么吗？

任务

修复 answer.txt 以便 Puzzle 不再抛出 RuntimeException。如果您遇到困难，请随意查看提示！

提示

问题在于 Puzzle.java 解析 answer. 为一个整数猜测，但没有找到任何内容，因此抛出异常。要解决此问题，请将 answer. 的 TODO 行替换为任何整数。

修复错误后，再次运行 Puzzle。您现在应该看到以下输出：

Puzzle out-of-bounds exception

阅读错误消息，看看能否找出答案！如果您正确找出，Puzzle.java 将不再出错，您应该通过 tests/puzzle/PuzzleTest 中的 testPuzzle。

任务

替换 answer.txt 中的值，使 Puzzle 不再出错。

表达式和监视

在调试时，您可能并不总是希望检查的值存储在变量中。幸运的是，IntelliJ 为我们提供了解决方案！一旦在某行暂停，您就可以使用“评估表达式”工具（形状像计算器）。您可以点击计算器图标以打开一个全新的窗口，但您也可以直接在调试器中键入表达式：

Evaluate Expression Blank

您还可以使用此工具调用变量和方法！尽管在下面的示例中我们只使用了 Math 库方法，但您可以调用任何您想要的东西。在这里，我们在 Puzzle.java 中使用此工具，并初始 answer 猜测为 973：

Evaluate Expression 973

继续程序后，result 将会丢失。如果您不想丢失它，可以使用 Ctrl+Shift+Enter (Windows) 或 Cmd+Shift+Enter (Mac) 将其添加为一个 监视 。这将在您继续执行后仍保留它。此外，监视将会随着程序的变化而改变其值，就像普通变量一样！

监视甚至在您停止并重新运行程序后也会一直存在，因此在多次执行中进行调试时，它们非常有用。作为示例，我将之前的猜测更改为 1717 并重新运行整个程序，但不需要重新评估表达式即可让调试器告诉我它是什么！

Evaluate Expression 1717

这部分没有关联的练习，但我们认为这会是一个有用的知识点！

恭喜，您已完成实验 03！

交付与评分

本次实验满分为 5 分。Gradescope 上没有隐藏测试。如果你通过了 Adventure 的所有本地测试，你将在实验中获得满分（除非你修改了不该修改的内容）。重申一下，“又一个调试谜题？！” 是本次实验的选做部分。最终交付物如下：

  • BeeCountingStage（1.25 分）
  • SpeciesListStage（1.25 分）
  • PalindromeStage（1.25 分）
  • MachineStage（1.25 分）