IntelliJ IDEA 除錯 (Debug)

1. Bug

程式設計師有自己的術語。第一個您會頻繁接觸到的詞就是 Bug（源自英文，意指昆蟲）。這個詞代表程式中的錯誤，導致程式行為異常、崩潰或產生奇怪的結果。

如果程式運行怪怪的，但程式設計師堅持這就是原本的設計，通常會說：「這不是 Bug，是 Feature（功能）」。網路上充滿了關於這個梗的迷因。

歷史背景

傳說在 1947 年 9 月，哈佛大學的科學家在測試 Mark II 電腦時，它發生了故障。檢查所有電路後，他們發現一隻真正的飛蛾卡在繼電器中間。他們將這隻昆蟲貼在日誌上，並註記：「First actual case of bug being found」（第一次發現真實 Bug 的案例）。

從那時起，尋找並修復錯誤的過程就被稱為 Debug（除錯）。

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2. Debug Mode (除錯模式)

為了找到錯誤，程式設計師會使用 Debugger。這是 IntelliJ IDEA 內建的特殊工具，可以讓程式暫停執行，並讓您窺探其「引擎蓋下」的運作情形。

IntelliJ IDEA 可以用兩種模式執行您的程式：

在除錯模式下，您可以逐行執行程式，同時觀察變數值的變化。

3. 中斷點 (Breakpoints)

為了讓 Debugger 知道在哪裡停止，您必須設置 Break Point（中斷點）。沒有它，程式就會像平常一樣一口氣跑到結束。

我們來實作一個範例。我們將乘法邏輯獨立出來放到一個方法中，以展現除錯器的強大功能。將此程式碼複製到 IDEA 中：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            int result = calculateMultiply(i);  // <--- 我們想在這裡暫停
            sum += result;
            System.out.println("Step: " + i + ", Result: " + result + ", Sum: " + sum);
        }
        System.out.println("Final Sum: " + sum);
    }

    public static int calculateMultiply(int number) {
        return number * 2;
    }
}

任務：我們想觀察變數在迴圈內部的變化，並進入我們的方法內部查看。

動作：在程式碼行 int result = calculateMultiply(i); 左側的灰色窄條點擊滑鼠。會出現一個紅點。

現在，透過 Debug（蟲子圖示）執行程式。程式啟動後會立即在執行該行之前「凍結」。

4. 控制操作：F8, F7, F9

當程式處於暫停狀態時，您的 Debugger 面板上方會有一個控制台。

F8 — 逐步執行 (Step Over)

按下 F8。程式會執行當前行（呼叫方法、取得結果）並跳到下一行 sum += result;。

再按一次 F8。程式會執行數值相加。您會看到變數值發生了變化。

再按一次 F8。您會看到主控台 (Console) 的輸出。

這是最基本的移動方式：逐行執行，而不深入方法的內部細節。

F9 — 繼續執行 (Resume Program)

我們的迴圈從 1 到 5。要按 5 次 F8 才能走完一圈，這很花時間。那如果是 1,000 次迭代的迴圈呢？

按下 F9。程式會「解凍」，執行當前迭代中剩餘的所有程式碼，進入第二圈，然後……再次在 Breakpoint 處暫停。

透過這種方式，使用 F9 您可以快速略過迴圈：按一下，跑一輪迭代。

F7 — 進入函式 (Step Into)

如果在程式碼中遇到方法呼叫（在我們的例子中是 calculateMultiply(i)），且您按下 F8，Debugger 只會執行它並繼續。但如果您想看該方法內部如何運作，請按下 F7。

當程式在 int result = calculateMultiply(i); 這一行暫停時，嘗試按下 F7。Debugger 會將您帶入 calculateMultiply 方法內部，您會看到數值是如何傳遞給 number 參數的。

Shift + F8 — 跳出函式 (Step Out)

如果您不小心在 System.out.println(...) 行按下了 F7，結果進入了 Java 系統程式碼的深淵怎麼辦？閱讀數千行別人的程式碼既無聊又難懂。

按下 Shift + F8。程式會快速執行完當前方法中剩餘的程式碼，並將您帶回原來的地方（您的 main 方法）。

5. 去哪裡查看數值？

回到我們的迴圈範例。

方法 1：Inline Debugging (行內除錯)

直接看程式碼編輯器。IDEA 會在每一行的右側用灰色字體顯示當前數值。

方法 2：Variables 面板

在下方的 Debugger 視窗中，有一個 Variables 分頁。那裡顯示了所有當前的變數。

關於 Java 的重要說明： 基本型別（例如 int）會直接顯示其數值。但物件和陣列（例如 String[]）內部儲存了大量資料。要查看其內容，必須點擊變數左側的小箭頭來「展開」物件。

方法 3：Frames 面板

變數左側有一個清單，稱為 Frames (呼叫堆疊/呼叫框架)。它顯示程式目前處於哪個步驟。

例如，標記 main:6, Main 意味著：

• 您位於 Main 類別的 main 方法中。
• 您在第 6 行暫停。

這是您在程式碼中的確切位置。如果您進入另一個方法（在 calculateMultiply 上按 F7），此清單上方會出現一筆新的記錄 calculateMultiply:13, Main，指出新方法是從前一個方法呼叫的。

6. Evaluate Expression (評估運算式)

有時只看變數還不夠。您想問：「如果……會發生什麼事？」

按下 Alt + F8 (Windows/Linux) 或 Option + F8 (macOS)。會開啟 "Evaluate" 視窗。您也可以直接在 Variables 面板下方的輸入列輸入運算式。

在這裡，您可以使用當前的變數編寫任何程式碼。例如，在我們的迴圈中輸入：

sum + 100

按下 Enter，IDEA 就會計算出結果，而不會更動原本的程式。這是您進行實驗的草稿紙。

7. Conditional Breakpoints (條件中斷點)

想像一下，您的迴圈有 10,000 次迭代，但錯誤只發生在第 5,000 步。按下 5,000 次 F9 絕非好主意。

對紅色中斷點圓圈點擊滑鼠右鍵。會出現彈出視窗。在 Condition 欄位中輸入 Java 條件，例如：i == 5。點擊 Done。

現在，如果您啟動 Debugger，程式會忽略前 4,999 圈，只有當條件變為 true 時才會停止。這會為您節省數小時的工作時間！

8. 管理所有中斷點

有時新手會在專案的不同檔案中設置太多中斷點，導致程式在意想不到的地方不斷暫停。手動到處尋找紅點很費時。

按下 Ctrl + Shift + F8 (Windows/Linux) 或 Cmd + Shift + F8 (macOS)。會開啟 Breakpoints 視窗。

在這裡您可以看到專案中所有中斷點的列表。您可以取消勾選它們（暫時停用）或按 Delete 鍵刪除。

9. 總結

我們介紹了 Java 開發者尋找錯誤的主要武器。Debugger (除錯器) 能將寫程式從「憑空猜測」轉變為精確的工程作業。

快速找到錯誤原因的能力，在商業開發中甚至比快速寫程式的能力更受重視。多練習使用條件中斷點和 Evaluation，這樣就沒有任何 Bug 能逃過您的法眼。