Mathematica自带调试器的使用

0. 引言

我发现我过去在这帖和这帖中提到过的对Mathematica自带调试器的看法恐怕该收回了：Mathematica的自带调试器并不渣，只是我们的用法不对。故撰此文说说它的正确用法。

不过，这里还是要强调一下，只要善用笔记本（.nb文件）的动态交互特性，就能写出几乎无需调试的代码。学会用笔记本（.nb文件）远比学会调试器的使用来得重要。不知道我这段是在说啥的请先看一下这帖再继续。

1. 基础用法

这一部分系自这帖和这帖翻译增补而来。

简洁版：

别管断点！把“在提示信息处中断”勾上！

……看不懂的继续往下看

详细版：

1. 总之我们先点击顶部菜单的 计算 -> 调试 ，打开调试器：

2. 在打开的面板中，把“在提示信息处中断”给勾上：

3. 下面就可以开始调试了。如今的Mathematica一般就会在会产生提示信息（你或许比较熟悉“警告信息”“报错”之类的叫法）的地方暂停。举个例子：

Table[a = 1;

b = {2, 3} c = i;, {i, 2}]

4. 停下来之后我们一般会想知道到底是哪个地方产生了警告。上面这段代码很简单，我们扫一眼就能发现问题所在，但是这招显然对比较长的代码不那么有效，那么有没有更好的办法？当然是有的。让我们点击面版上的显示堆栈：

接着就会弹出这么一个窗口：

我们把页面拉到最底下：

没错，这里就是计算停下的地方，那么有没有办法知道这计算具体是停在了原代码中的哪里呢？当然是有的。你有没有发现上面的倒数第3行其实是个按钮？：

只要点它一下，原代码中的相应部分就会高亮：

于是出问题的位置就被我们找到了。

注意，在调试期间，我们是可以获知函数内的局部变量取值的：

当然了，Table的局部化是基于Block的，基于Module的局部化的情况和这不太一样：

Module[{i}, For[i = 1, i < 3, i++, a = 1;

b = {2, 3} c = i;]]

但是，这也只是没法用这种方法读。对于这一情况我们有更简单的方法——堆栈窗口可以直接看局部变量：

5. 接下来只需要点击调试面板上的 结束 或 放弃 （这两个键的具体作用在气泡提示里已经说的很清楚了），再回头修改错误的代码就行了。

2. 进阶：断点的正确设置方法

对于设置断点（即面板上的“在选择处加断点”连带“显示断点”这两个按钮）， Szabolcs的建议是别去碰。这个建议是有其道理的，因为我们希望程序暂停的地方通常就是出警告的地方，上面介绍的方法已经够用了，并且，很多时候程序似乎并不会在我们设的断点处停下……（大部分尝试使用调试器的人都是跪在这一步。）不过，经过尝试，我想我已经探明了断点的正确设置方法。总结起来就是：

1. “一段完整的代码”无法设为断点。例如：

a + b

c + d

a+b这个断点不会起效，因为它已经是一段完整的代码了，而断点似乎只能设在子表达式上，不管是怎样的子表达式，比如我们可以对上面的代码做一个非常细小的修改：

a + b;

c + d

这下断点就能生效了：

为什么？因为 ; 也是个函数啊，现在a+b不再是段完整的代码了。不知道 ; 是什么函数的人请翻自带帮助。

1.1. 形如 (a + b) 的头部或是函数参数内的 a + b 无法被设为断点。例如：

(1 + 1)[d]

d[(1+1)]

我认为这个应该算第1点的子规则——调试器大概觉得这样的头部也算一段完整代码。注意这里只要把选择范围增大一点点即将小括号也包括在内，这个断点就会生效：

1.1.1 不过注意对于小括号有个例外情况

如果小括号外面已经啥也没有了，那么在小括号内设断点又反而可以生效了：

2. 原子表达式（Atom）无法被设为断点。依旧用上面的例子：

a显然不是“完整代码”（它是Plus[a,b]的子表达式），但这个断点没生效，因为a是个原子表达式：

不是原子的话就能停了：

注意，Mathematica在判断是否为原子表达式时看的只是显式结构，也就是说

a = e + f;

a + b; c

的a点照样是停不了的。因为这里的a只有在计算之后才会变成非原子表达式：

但是，难道我们就对原子表达式无能为力了吗？当然不是的！至少对于头部为Symbol的原子是这样。头部（Head）为Symbol的原子表达式（实际上似乎也只有原子表达式）虽然不能被设为断点，却可以被设为观察点：观察点的设置位置在哪呢？首先点面板上的显示断点：

新出现的页面的最下方就是观察点的设置位置：

我们随便在添加表达式这栏填上想观察的原子表达式再回车，这里就会变成这样：

现在我们勾的是赋值时中断，如果这时候执行d=1之类的语句我们就会看到：

不过注意，延迟赋值SetDelayed，即d:=1不会被中断，大概是因为计算被延迟了所以没被算进赋值里去。

勾的是执行时中断的话效果就是这样：

还有“作为函数使用时”中断：

注意，全体内置函数和内置符号也是头部为Symbol的原子表达式，也就是说，我们可以依靠观察点做到类似这样的事：

查看堆栈，你会发现计算停在了Plus这个头部计算时：

通过设置观察点，我们也可以做到执行一行就自动暂停一次。（虽然我依旧认为大家应该把“执行一行停一次”的工作在写代码的时候就做完。）你只需要：

1. 先在$Post里存个输入等于输出的函数：

$Post=#&;

然后把$Post设为观察点，再把“执行时中断”给勾上就行了。（想要从一行前进到另一行，只需按“继续”就行）

顺便虽然觉得读到这里的读者也该明白了，这里还是再强调一次：Mathematica里的代码的行，不是以换行来界定的，而是以一段代码是否是其他函数的参数或头部决定的，例如

Table[a = 1;

b = {2, 3}

c = i;, {i, 2}]

就只是一行代码，而非三行。