《leetcode-runner》【图解】【源码】如何手搓一个debug调试器——架构
前文：
《leetcode-runner》如何手搓一个debug调试器——引言
文章目录
- 设计引入
- 为什么这么设计
- 存在难点
- 1. 环境准备
- 2. 调试程序
仓库地址：leetcode-runner
本文主要聚焦leetcode-runner对于debug功能的整体设计，并讲述设计原因以及存在的难点
设计引入
让我们来思考一下，一个最简单的调试器需要哪些内容
首先，它能够接受用户的输入
其次，它能够读懂用户想让调试器干嘛，并做出相应的行为
最后，执行完操作后需要显示结果
基于此，我们可以给出一个最简单的设计
- Reader：负责读取用户的输入，识别输入并转化为系统能够识别的信息
- Executor：根据Reader解读分析得到的数据，执行具体的调试行为，产生执行结果
- Output：根据执行结果，进行可视化显示
这个最简单的设计看似还凑活，实际上确实只能凑活，且不论用户该输入啥，单说Reader，哥们你该解析出个啥呢？解析啥才能让executor识别，并执行对应逻辑
因此，我们还需要引入一套非常重要的系统——指令系统
当引入指令系统后，整个debug模块都被盘活了。debug的每个模块都能识别指令系统，只要遇到某条指令，就会执行对应的操作
而reader就负责将用户输入的命令行字符串解析转换为指令，然后系统就会依照指令执行相应逻辑
有了指令系统，debug项目完整了吗？No No No
让我们将视线聚焦到executor上，既然是调试代码，那么被调试的代码有被运行吗？被谁运行了呢？在我们目前的架构中是不存在相应的模块。也就是说，我们缺少了调试服务，因此进一步完善，得到如下架构图
调试服务运行被调试的代码，然后获取得到被调试代码相应信息
executor服务负责与调试服务沟通，通知调试服务执行相应逻辑；调试服务将数据信息存储，交由executor取用，获取目标代码相关信息
接下来，再让我们结合具体场景思考
现在，用户在使用leetcode-runner，编写了一个Solution的class，然后他想要使用debug调试功能，请问，我们能直接调试Solution代码吗？
调试个屁！要是能这么轻松，我还写个屁的调试器！
首先，项目需要为用户自动编写一个Main类，也就是入口函数。此外，还需要将测试案例转换成对应代码，比如’[1,2,3]'，转换成Java代码就是int[] a = new int[] {1,2,3};，然后实例化Solution class，调用相应的方法，同时将测试案例转换得到的变量传入方法内，这才算完成前置工作
像这类前置工作的准备，leetcode-runner统一将其封装在DebugEnv对象内，DebugEnv提供的prepare()方法就是为了完成前置工作
进一步完善，可以得到如下架构图
现在，整个系统像样了不少，但如果想要暴露给外部系统使用，还是麻烦了点，如果想要别人使用方便，我们该怎么办呢？答案是——封装！
现在，我们引入Debugger类，负责启动整个debug框架，得到如下的架构图
接下来进一步完善细节，将leetcode-runner负责各个模块的核心类名填入系统，得到如下架构图
为什么这么设计
以笔者粗俗的理解，设计的目的是为了更好的编写代码。一个好的设计可以避免出现非常对的bug，在一定程度上提高编程的速度
让我们回看上方做出的设计，我们不难发现，所有的功能都被封装在独立的模块之内。模块与模块之间并没有过强的耦合，不会出现牵一发而动全身的情况
另外，如此设计还有一个好处——不依赖具体的语言。啥意思呢？打个比方，我现在要做Java的debug调试器，我需要实现的子类有DebugEnv，Debugger，ExecuteContext，调试服务，InstExecutor。其他的模块内容完全可以复用，比如InstReader，Output，指令系统…因为这些模块不依赖于具体的语言
当我需要实现一个python的debug调试器，同样可以复用这些模块。此外，DebugEnv，Debugger也存在可以复用逻辑。
DebugEnv，不同语言总有相同的准备活动，比如可执行程序（jdk，python解释器…），测试案例准备（程序输入），代码创建（Main函数，也就是程序入口）…因为有如此多的共用逻辑，完全可以提取到父类当中，在leetcode-runner中，就提供了AbstractDebugEnv封装公用逻辑
Debugger，作为debug框架入口，如读取，执行，可视化这一套流程，就可以复用
存在难点
1. 环境准备
在环境准备的过程中，我们最需要关注的是Main函数的创建，这里给一个leetcode-runner创建的Main函数，以leetcode-1367题目为例。leetcode-runner根据该题提供的Solution代码片段创建相应的Main函数
Solution代码片段
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode() {}
* TreeNode(int val) { this.val = val; }
* TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
* this.val = val;
* this.left = left;
* this.right = right;
* }
* }
*/
class Solution {
public boolean isSubPath(ListNode head, TreeNode root) {
}
}
插件项目自动生成的Main文件
import java.util.*;
/*
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Solution solution = new Solution();
String bxdnslspts = "[4,2,8]";
bxdnslspts = bxdnslspts.trim();
ListNode a0 = null;
if (!"[]".equals(bxdnslspts)) {
// 把collect变为数组
Integer[] split =
Arrays.stream(
bxdnslspts.replace("[", "")
.replace("]", "")
.split(","))
.map(Integer::parseInt)
.toArray(Integer[]::new);
int i = 0;
a0 = new ListNode(split[i]);
ListNode cp = a0;
i += 1;
// 迭代
for (; i < split.length; ++i) {
cp.next = new ListNode(split[i]);
cp = cp.next;
}
}
String cnuepugbsq = "[1,4,4,null,2,2,null,1,null,6,8,null,null,null,null,1,3]";
cnuepugbsq = cnuepugbsq.trim();
TreeNode a1 = null;
if (!"[]".equals(cnuepugbsq)) {
// 把collect变为数组
Integer[] split =
Arrays.stream(
cnuepugbsq.replace("[", "")
.replace("]", "")
.split(","))
.map(e -> "null".equals(e) ? null : (int) Integer.parseInt(e))
.toArray(Integer[]::new);
int i = 0;
a1 = new TreeNode(split[i]);
i++;
Queue<TreeNode> q = new LinkedList<>();
q.add(a1);
while (!q.isEmpty()) {
TreeNode node = q.poll();
// 添加它的左节点
if (i < split.length) {
if (split[i] != null) {
node.left = new TreeNode(split[i]);
q.add(node.left);
}
i += 1;
}
// 添加右节点
if (i < split.length) {
if (split[i] != null) {
node.right = new TreeNode(split[i]);
q.add(node.right);
}
i += 1;
}
}
}
solution.isSubPath(a0, a1);
}
}
这里的难点是，如何根据Solution的核心代码片段，创建对应的Main函数。此外，还需要通过测试案例，转换为相应的代码
2. 调试程序
调试程序，这部分与语言强相关，并且非常底层。如果你是Java的调试器开发，你将明白Java在底层到底封装了多少内容，提供了多大的便利。光是自动拆箱自动装箱，在调试程序编写时都需要手动处理判断，巨tm麻烦
另外，调试程序的逻辑处理，执行顺序，以及最复杂的表达式计算，这些都是调试程序编写的难点