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= Python调试器 =

'''Python调试器'''是开发者用来检查、分析和修复Python代码运行时错误的工具。它允许程序员逐行执行代码、检查变量状态、设置断点以及跟踪程序执行流程。调试器是解决逻辑错误和异常的关键工具，尤其当程序行为不符合预期时。

== 调试器简介 ==

Python标准库自带了一个内置调试器模块<code>pdb</code>（Python Debugger），它提供交互式调试环境。此外，集成开发环境（如PyCharm、VS Code）通常提供图形化调试工具，但底层仍依赖<code>pdb</code>的功能。

调试器的核心功能包括：
* '''断点（Breakpoints）'''：在特定行暂停程序执行。
* '''单步执行（Stepping）'''：逐行运行代码。
* '''变量检查（Variable Inspection）'''：查看当前作用域的变量值。
* '''调用栈跟踪（Call Stack Tracing）'''：查看函数调用层次。

== 使用 pdb ==

=== 启动调试器 ===
可通过以下方式启动<code>pdb</code>：

1. '''命令行直接调用'''：
<syntaxhighlight lang="python">
import pdb; pdb.set_trace()  # 在代码中插入断点
</syntaxhighlight>

2. '''命令行启动脚本'''：
<pre>
python -m pdb script.py
</pre>

=== 基本命令 ===
调试会话中常用命令如下：
{| class="wikitable"
|+ pdb 主要命令
! 命令 !! 缩写 !! 功能
|-
| <code>break</code> || <code>b</code> || 设置断点
|-
| <code>continue</code> || <code>c</code> || 继续执行到下一个断点
|-
| <code>step</code> || <code>s</code> || 进入函数调用
|-
| <code>next</code> || <code>n</code> || 执行下一行（不进入函数）
|-
| <code>list</code> || <code>l</code> || 显示当前代码上下文
|-
| <code>print</code> || <code>p</code> || 打印变量值
|-
| <code>quit</code> || <code>q</code> || 退出调试器
|}

=== 示例调试会话 ===
假设有以下有错误的代码（<code>buggy.py</code>）：
<syntaxhighlight lang="python">
def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)

result = factorial(5)
print(f"5的阶乘是: {result}")
</syntaxhighlight>

启动调试并修复括号错误：
<pre>
> python -m pdb buggy.py
> /buggy.py(1)<module>()
-> def factorial(n):
(Pdb) b 5  # 在第5行设置断点
(Pdb) c    # 继续执行到断点
> /buggy.py(5)factorial()
-> return n * factorial(n-1)
(Pdb) p n  # 检查n的值
3
(Pdb) s    # 进入递归调用
--Call--
> /buggy.py(1)factorial()
-> def factorial(n):
(Pdb) q    # 退出调试器
</pre>

== 高级调试技巧 ==

=== 条件断点 ===
仅在满足条件时触发断点：
<syntaxhighlight lang="python">
import pdb; pdb.set_trace()  # 启动后输入：
(Pdb) b 8, n > 3  # 当n>3时在第8行中断
</syntaxhighlight>

=== 事后调试 ===
程序崩溃后启动调试：
<syntaxhighlight lang="python">
import pdb
try:
    risky_operation()
except Exception:
    pdb.post_mortem()  # 检查崩溃时的堆栈
</syntaxhighlight>

== 可视化调试工具 ==

=== VS Code 调试器 ===
1. 配置<code>launch.json</code>：
<syntaxhighlight lang="json">
{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "Python: Current File",
            "type": "python",
            "request": "launch",
            "program": "${file}",
            "console": "integratedTerminal"
        }
    ]
}
</syntaxhighlight>

2. 通过GUI设置断点并查看变量。

=== mermaid 调试流程 ===
<mermaid>
graph TD
    A[发现异常行为] --> B{是否可复现?}
    B -->|是| C[设置断点]
    B -->|否| D[添加日志]
    C --> E[单步执行]
    E --> F[定位问题代码]
    F --> G[修复并验证]
</mermaid>

== 数学公式辅助调试 ==

当调试数值计算时，可验证中间结果是否符合数学预期。例如验证欧拉公式：
<math>e^{i\pi} + 1 = 0</math>

对应的Python检查：
<syntaxhighlight lang="python">
import cmath
result = cmath.exp(1j * cmath.pi) + 1
print(abs(result) < 1e-10)  # 应输出True
</syntaxhighlight>

== 实际案例 ==

'''场景'''：Web服务返回意外HTTP 500错误。

'''调试步骤'''：
1. 在视图函数入口设置断点
2. 使用<code>n</code>逐步执行直到异常点
3. 检查请求参数和数据库查询
4. 发现SQL注入漏洞后修复：
<syntaxhighlight lang="python">
# 错误方式
query = f"SELECT * FROM users WHERE id = {user_input}"
# 正确方式
query = "SELECT * FROM users WHERE id = %s"
cursor.execute(query, (user_input,))
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
* 优先在集成开发环境中使用图形化调试器
* 复杂问题结合<code>logging</code>模块记录执行路径
* 单元测试中嵌入<code>pdb</code>调试失败用例
* 学习使用<code>ipdb</code>（增强版pdb）获得更好的交互体验

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