如何直观地理解程序的运行过程？

江水滔滔

了解代码的执行过程是编程的基本要求。一个熟练的编程老手只需要用肉眼看着代码，就能对其运行的过程有所了解。然而对于刚接触编程不久的新手来说，这种事情就没那么显而易见了。于是在编写代码和调试代码时，一旦程序的逻辑有些复杂，就像掉进代码的迷宫，完全不知道东南西北。

所以，每当有人对自己的代码没有给出预想结果而百思不得其解，无奈寻求帮助时，我都会建议在程序中增加输出，一方面是根据不同输出的先后顺序来判断程序的运行路径，另一方面则是观察各变量在运行过程中的实际数值，确认是在哪里发生了错误。

还有种方法就是使用 IDE 提供的调试功能，通过添加断点和单步运行，了解程序的运行状态。Visual Studio、Eclipse、xCode 等常见的 IDE 几乎都提供了调试工具。对于 Python，也可以使用 pdb 库来实现断点调试。

上述两种途径应该是大部分程序员 debug 时候的基本套路。但同样的，对于新手来说，即使这样的工具，用起来仍然有些费力。

有时我会选择在纸上画出一些流程和图形来向人解释程序，虽然效果会好些，但显然不是一种可以广泛推广的方式。后来意外发现有一款工具满足了此类需求，非常适合新手，可以让你直观地“看”出程序是怎么运行的。对于初学编程，难以理解程序运行过程的苦手来说，绝对可称之为“神器”。

这就是 Online Python Tutor。一款免费的在线代码运行及演示工具。

项目地址：pythontutor.com

关于此项目的介绍（摘自网络，出处未知）：

Online Python Tutor 是由 Philip Guo 开发的一个免费教育工具，可帮助学生攻克编程学习中的基础障碍，理解每一行源代码在程序执行时在计算机中的过程。通过这个工具，教师或学生可以直接在 Web 浏览器中编写 Python 代码，并一步一步可视化地执行程序。

截至 2013 年 12 月，来自 165 个国家和地区共 50 万多人使用了这个在线工具，通常是用作教材、讲义或在线编程指南的补充。每天共执行和演示超过 6,000 段 Python 程序。除了自学的初学者，Online Python Tutor 的用户还包括了那些参加 Coursera、edX 和 Udacity 等在线课程的学生，还有诸如 MIT、UC 伯克利等高校的教师。
Python Tutor 支持 2.7 和 3.3 两个版本的 Python。除了 Python 外，还可运行 Java、JavaScript、TypeScript、Ruby，另外也有支持 C、C++ 的版本。可以通过一行 JS 代码，把此工具嵌入到你自己的页面中。也可以生成链接，把你的代码直接分享给别人。附带单元测试功能。网站上还提供了很多的实例，其中包括一些比较经典的算法。
再来体验一下其使用过程：

在编辑器里输入代码，点击 “Visualize Execution” 即可运行并演示。

1. import random
3. def fn(x):
4.     return x**2
6. result = []
7. for i in range(3):
8.     t = random.randint(1, 10)
9.     print t
10.     r = fn(t)
11.     result.append(r)
12. print result

复制代码

我用了段包含循环、列表、函数、模块的代码片段。看看效果如何：

左上是代码，箭头表示当前运行到的位置。

通过下面的按钮和进度条可以直接控制程序的进行。

左下是输出。

右边就是程序的可视化模拟。在这个例子里，可以清楚地看到过程中变量的变化，何时调用了函数等信息。

不过同很多在线运行环境一样，Python Tutor 不支持运行过程中的输入功能。所以没法把我们的猜数字或是罚点球的小游戏直接放上去运行。希望以后能够增加此功能。

借助 Python Tutor，可以更轻松地理解一些算法。最后放一个冒泡排序的实现，
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