第21章　デバッグ操作を身につける

この章の目的

この章では、Visual Studio のデバッグ操作 を学習します。操作キー・画面位置などの具体は、書籍「作って覚える Visual C# 2022 デスクトップアプリ超入門」の Chapter 5「デバッグモードで動作を確認する」 も参照できます。

プログラムは、書いたつもりどおりに動かないことがよくあります。

計算結果が違う
リストに入っているはずの値が見当たらない
どの子クラスのメソッドが呼ばれているのか分からない
例外でプログラムが落ちる
ボタンを押しても何も起きない(GUI)

このようなとき、Visual Studio のデバッグ機能 を使うと、プログラムを途中で止めたり、1 行ずつ実行したり、変数やオブジェクトの中身を覗いたりできます。

デバッグ操作はこの章だけでなく、今後のすべての C# プログラミングで使う必須スキル です。コンソール・オブジェクト指向・DB 接続・Forms・Web アプリのどれでも、同じ操作が使えます。

この章で実際にデバッグするアプリ

第 19 章で作った SimpleCalc は、処理が短くデバッグの練習にはやや物足りません。そこでこの章では、オブジェクト指向で構造のある講義アプリ をデバッグの題材にします。

第 13 章(継承とポリモーフィズム) の講義プロジェクト Ch13_Inheritance — List<EmployeeBase> と、子クラスごとに動きが変わる GetPaymentAmount()。「同じ呼び出しで、実際にはどの子クラスのメソッドが動くのか」をステップ実行で目撃 できます。

第 15 章(例外処理) の講義プロジェクト Ch15_ExceptionHandling — int.Parse での例外発生を、デバッガーで観察します。

新しいプロジェクトは作りません。これまでに作った講義プロジェクトをそのまま開いて使います。

この章で使用する書籍範囲

範囲	内容
Chapter 5	デバッグモードで動作を確認する

本研修では特に次の内容を重視します。

ブレークポイント
ステップ実行(ステップイン/ステップオーバー)
変数の値の確認(マウスホバー、データヒント、ウォッチ)
画面部品のプロパティの確認

この章でできるようになること

この章を終えると、次のことができるようになります。

ブレークポイントを設定して、プログラムを途中で止められる
デバッグ実行を開始・停止できる
ステップ実行で 1 行ずつ処理を追える
変数の値や画面部品のプロパティを確認できる
イベントハンドラーが実行されているか確認できる
例外発生時に発生箇所と原因を読み取れる
動作確認の結果をもとにプログラムを修正できる

本章で使用する環境

項目	内容
開発環境	Visual Studio 2022
主に使うプロジェクト	第 13 章 `Ch13_Inheritance`、第 15 章 `Ch15_ExceptionHandling`(新規作成は不要)
補助で使うプロジェクト	第 19 章 `SimpleCalc`(GUI のデバッグを試したいとき)

この章では 新しいプロジェクトを作りません。これまでに作った講義プロジェクトをデバッグ実行して、操作を覚えます。

講義プロジェクトが手元にないときは

Ch13_Inheritance / Ch15_ExceptionHandling が見当たらない場合は、各章の本文のコードを新しいコンソールプロジェクトに貼り付ければ用意できます。デバッグの題材になればよいので、自分が書いた課題(Kadai13 など)のプロジェクトを使っても構いません。

作業前チェック

第 13 章 Ch13_Inheritance(または継承・ポリモーフィズムを使った自分の課題)が手元にある
第 15 章 Ch15_ExceptionHandling(または例外処理を使った自分の課題)が手元にある
それぞれのプロジェクトが Visual Studio で開けて、F5 で実行できる

21-1　デバッグはエラー対応の基本ツール

プログラムは、書いたつもりどおりに動かないことがよくあります。そんなとき、次のような対応をしていませんか?

やりがちな対応	問題点
コードを眺めて考え込む	思い込みでバグを見落とす
`Console.WriteLine` をあちこちに入れる	Forms では出力先が見えにくい
動かないところを何度か書き直す	偶然動くこともあるが、原因が分からない

これらに対して デバッグ操作 は、プログラムの実行を 一時停止して中を覗ける 強力な手段です。

コードを眺める           想像で原因を探す
   ↓
デバッグで止めて値を見る   現実の動きを確認する

「想像」から「観察」に変わるのが、デバッグの大きな効果です。

21-2　ブレークポイント

ブレークポイント は、プログラムの実行を一時停止させる目印です。気になる行に印を付けておくと、その行に到達した瞬間にプログラムが止まります。

操作	効果
行番号の左側をクリック	ブレークポイントを設定/解除(赤い丸印)
「F5 でデバッグ実行」	ブレークポイントで自動的に停止
「F5(続行)」	停止状態から次のブレークポイントまで進む
「Shift+F5(停止)」	デバッグを終了

具体的な画面操作・ショートカットキーは書籍 Chapter 5 を参照してください。

例: Ch13_Inheritance の Main にある foreach の行にブレークポイントを置く

foreach (EmployeeBase employee in employees)   // ← この行の左をクリックして赤丸を付ける
{
    Console.WriteLine($"{employee.EmployeeName}:{employee.GetPaymentAmount()}円");
}

行番号の左をクリックして赤丸を付ける
F5 でデバッグ実行
その行に到達した瞬間、プログラムが停止する

これだけで「いま、この行を実行しようとしている」ことが目で確認できます。停止中に employees の上にマウスを置けば、リストに 2 件入っていることも見えます。

21-3　ステップ実行

ブレークポイントで止めた後は、ステップ実行 で 1 行ずつ進められます。

ステップの種類	動き
ステップオーバー	現在の行を実行し、次の行へ進む(メソッド呼び出しは中に入らない)
ステップイン	メソッド呼び出しがあれば、そのメソッドの中に入る
ステップアウト	現在いるメソッドの最後まで進んで、呼び出し元に戻る

迷ったら、まずはステップオーバー で 1 行ずつ進めてみてください。メソッドの中を詳しく見たいときだけステップインします。

具体的なキー(F10、F11 など)は書籍を参照してください。

ステップインでポリモーフィズムを「目撃」する

Ch13_Inheritance の employee.GetPaymentAmount() の行で ステップイン すると、どのクラスの GetPaymentAmount() に入るかが分かります。 1 件目(山田二郎)では RegularEmployee の GetPaymentAmount() に、2 件目(田中浩介)では ContractEmployee の GetPaymentAmount() に入ります。 呼び出しているコードは同じ 1 行なのに、実体に応じて違うメソッドへ飛ぶ ── 第 13 章で学んだポリモーフィズムが、実際に動いている様子をその目で確認できます。

21-4　変数とプロパティの値を確認する

停止中は、変数の 現在の値 を簡単に見られます。

方法	操作
マウスホバー	変数や式の上にマウスを置く → 値がツールチップで表示
データヒント	値を表示したまま固定できる
ウォッチウィンドウ	監視したい変数・式を一覧で常時表示
ローカルウィンドウ	現在のメソッド内のローカル変数を自動表示

オブジェクトの中身も展開して見られます。リストや自作クラスのデバッグでは、これが非常に便利です。

監視できる例(Ch13_Inheritance の foreach で停止中)

employee                       ← いま処理中の社員オブジェクト
employee.EmployeeName          ← 名前(山田二郎 など)
employee.GetType().Name        ← 実際の型(RegularEmployee / ContractEmployee)
employees                      ← リスト全体(▶ を開くと [0] [1] と中身を展開できる)
employees.Count                ← リストの件数(2)

employees のような リストや自作オブジェクトは、ウォッチやローカルウィンドウで ▶ を開くと中身を展開 できます。「リストに何件、どんなオブジェクトが入っているか」「いま処理中の employee は実際には何型か」を、その場で確認できるのがデバッグの強みです。

employee の「本当の型」を見る

foreach の変数 employee の宣言型は EmployeeBase ですが、ウォッチで employee.GetType().Name を見ると、実体の型(RegularEmployee や ContractEmployee)が分かります。ポリモーフィズムで「箱は親型、中身は子クラス」になっていることが、値として確認できます。

21-5　イベントハンドラーが実行されているか確認する

Forms アプリでよくあるつまずきの 1 つに、「ボタンを押しても何も起きない」があります。この原因は、たいてい次のどれかです。

原因	確認方法
イベントハンドラーが書かれていない	コードに `xxx_Click` メソッドがあるか
ボタンと紐づいていない	プロパティウィンドウの「イベント」タブで `Click` を確認
別のボタンに紐づいている	同上
イベントが起きないコントロールに対して設定している	コントロール種類を確認

確認の流れ:

イベントハンドラーの 1 行目にブレークポイントを設定
デバッグ実行 → 該当ボタンをクリック
止まる → イベントハンドラーは動いている(別の問題)
止まらない → イベントハンドラーがボタンと結びついていない

「動かない」と言われたら まずブレークポイントで止まるか確認 ── これが Forms デバッグの第一歩です。

21-6　例外が発生したときの確認

実行中に例外が発生すると、Visual Studio は 発生した行で自動的に停止 して、例外の情報を見せてくれます。

例:Ch15_ExceptionHandling で int.Parse(input) を呼び出し、input が "abc" だと…

System.FormatException: 'The input string 'abc' was not in a correct format.'

このとき確認すべきこと:

観点	確認方法
どの行で止まったか	エディター上で黄色く強調表示される
例外の型	`FormatException`、`NullReferenceException` など
例外メッセージ	例外オブジェクトの `Message` プロパティ
原因の入力値	その時点での変数値(`input` にマウスホバー)

try-catch がある版・ない版を見比べる

第 15 章のコードには、try-catch で囲んでいない版と囲んだ版があります。囲んでいない版は 例外の発生行で止まって落ちます。try-catch で囲んだ版を同じ "abc" で動かすと、catch の行に処理が移るのをステップ実行で追えます。「例外が発生する → catch に飛ぶ」という第 15 章の流れを、デバッガーで実際に確認できます。

21-7　デバッグ操作のおすすめの使い方

研修の中では、次のような場面でデバッグを積極的に使ってください。

場面	使い方
アプリが「動かない」とき	イベントハンドラーにブレークポイントを置く
計算結果が変なとき	計算式の前後をステップ実行で 1 行ずつ確認
例外が出たとき	自動で止まった行と変数値を見る
「ここの値はどう変わる?」と気になったとき	ウォッチウィンドウで監視
ループの動きを追いたいとき	ループ内にブレークポイント、F5 で 1 周ずつ進む

「分からないところがあれば とりあえずブレークポイントで止めて見てみる」というクセを付けると、エラーへの対応力が大きく上がります。

よくあるつまずき

つまずき	原因	対応
ブレークポイントで止まらない	デバッグ実行ではなく Ctrl+F5(デバッグなしの実行)を使っている	F5(デバッグ実行)で起動
ブレークポイントの位置がずれる	編集中に位置がずれたまま再実行	一度解除してから設定し直す
変数の値がマウスホバーで見えない	停止中ではないとき	ブレークポイントで止まった状態で操作
ステップインがメソッドに入らない	システム側のメソッド(`int.Parse` など)はステップオーバーで進む	自作メソッドはステップインで入れる
「処理が固まった」ように見える	ブレークポイントで止まっているだけ	Visual Studio に切り替えて F5 で続行
例外でアプリが落ちる	例外処理がない	第 15 章の `try-catch` / `int.TryParse` を使う

学んだことチェック

ペア確認

研修の進め方によっては、隣の人またはチーム内で説明確認を行います。

次の内容を、自分の言葉で説明してください。

ブレークポイントとは何ですか。
ステップオーバーとステップインの違いは何ですか。
List<EmployeeBase> の中身や、employee が実際には何型かを、デバッガーで確認するにはどうしますか。
ステップインでポリモーフィズムが「見える」とは、どういうことですか。
例外が発生したとき、デバッガーから何が分かりますか。
(GUI)「ボタンを押しても何も起きない」とき、まず何を確認しますか。

体験課題

この章は デバッガの使い方を身につけること が目的です。プロジェクトの提出はありません。講義で作った Ch13_Inheritance と Ch15_ExceptionHandling を題材に、デバッグ操作を実際に試してください。

進め方

第 16・17 章から始めた チームでの自走(役割分担=リーダー / 技術部長 / タイムキーパー。詳しくは第 17 章「ここからはチームで進める」)で進めます。本文を見ながら自分のペースで操作し、最後に「デバッグ観察メモ」を書いて、チーム内で一言ずつ共有します。

新しいプロジェクトは作りません。手元の講義プロジェクトを開いて操作します。

体験 21-1　ポリモーフィズムをステップ実行で目撃する(Ch13_Inheritance)

Ch13_Inheritance を開き、Main の foreach を題材に、ポリモーフィズムが動く様子を観察します。

手順

foreach (EmployeeBase employee in employees) の行にブレークポイントを設定
F5 でデバッグ実行 → その行で停止
employees にマウスホバー(または ▶ を展開)→ 2 件入っていることを確認
employee.GetPaymentAmount() の行で ステップイン(F11)
どのクラスの GetPaymentAmount() に入ったか を確認(1 件目=RegularEmployee、2 件目=ContractEmployee)
ステップアウトで foreach に戻り、F5 で次の周回へ。2 件目も同じように確認
ウォッチに employee.GetType().Name を追加し、周回ごとに型が変わるのを観察

確認すること

ブレークポイントで止まり、ステップインできた
1 件目と 2 件目で、入る GetPaymentAmount() の クラスが違う ことを確認した
employee.GetType().Name が RegularEmployee → ContractEmployee と変わるのを見た
戻り値(500000 / 216000)が、それぞれのクラスの計算で出ていることを確認した

ステップインがうまく GetPaymentAmount() に入らないとき

Console.WriteLine(...) の行には複数の呼び出しが含まれるため、F11 で EmployeeName の取得など別の場所に入ってしまうことがあります。そのときは Shift+F11(ステップアウト) で抜けて、もう一度 F11 を押すと、目的の GetPaymentAmount() に入れます。

体験 21-2　リストの中身をのぞく(Ch13_Inheritance)

同じ Ch13_Inheritance で、停止中に リストとオブジェクトの中身 を観察します。

手順

foreach の行で停止した状態にする
ローカルウィンドウ(またはウォッチ)で employees の ▶ を開く
[0] [1] を展開し、各社員の EmployeeName やフィールドの値を確認
ウォッチに employees.Count を追加して件数を確認

確認すること

employees を展開して、各要素のプロパティ値を確認できた
employees.Count が 2 であることを確認できた
「リストに何が入っているか」をデバッガーで確認し、言葉にできる

体験 21-3　例外の発生と catch への流れを追う(Ch15_ExceptionHandling)

Ch15_ExceptionHandling を開き、例外発生時のデバッガーの動きを観察します。第 15 章では int.Parse を try-catch で囲まない版(プログラムが落ちる)と 囲んだ版(catch で受け止める)の両方を書きました。手元の Program.cs がどちらでも体験できます。

手順

int.Parse(input) の行にブレークポイントを設定
F5 で実行し、整数を入力してください: と出たら abc(数値でない文字)を入力
ブレークポイントで停止 → input にマウスホバーして値が "abc" であることを確認
ステップオーバー(F10) で int.Parse の行を実行する。すると例外が発生し…
- try-catch で囲んでいない版:例外が処理されず、その行に 例外ヘルパー(例外の説明ポップアップ)が表示される → 例外の型(FormatException)とメッセージ を読む
- try-catch で囲んだ版:実行が try の続きを飛ばして catch ブロックに移る のが見える(例外発生 → catch への流れ)。catch (Exception ex) の版なら、ex をウォッチに追加して型・メッセージを確認できる

確認すること

停止中に input の値が "abc" であることを確認できた
発生した例外の型が FormatException であることを確認できた
(try-catch の版)ステップ実行で catch ブロックに処理が移るのを確認できた

発展(任意):第 14 章 Ch14_Interface など、別の講義アプリでも同じデバッグ操作を試してみましょう。インターフェイス越しの呼び出しでも、ステップインで実体のメソッドに入る様子が観察できます。GUI に慣れたい人は、第 19 章の SimpleCalc でボタンの Click ハンドラーにブレークポイントを置く練習(21-5)もしておくと、第 23 章以降で役立ちます。

デバッグ観察メモを書く(成果の確認)

提出するプロジェクトはありませんが、何を観察できたかを「デバッグ観察メモ」 にまとめます。テキストエディタ(メモ帳など)で デバッグ観察メモ.txt を作り、次の項目を自分の言葉で埋めてください。

■ デバッグ観察メモ(第21章)  氏名:〇〇

1. ポリモーフィズム(体験21-1)
   - employee.GetPaymentAmount() でステップインしたとき、
     1件目は(        )クラス、2件目は(        )クラスに入った
   - employee.GetType().Name の値:1件目=(        )、2件目=(        )

2. リストの中身(体験21-2)
   - employees の件数:(    )件
   - [0] の名前:(        )、[1] の名前:(        )

3. 例外(体験21-3)
   - 止まった行:(                          )
   - 例外の型:(            )、メッセージの要点:(                  )
   - 原因になった入力値:(        )

4. 気づき・詰まったこと(一言)
   -

チーム内で一言共有

書いたメモをもとに、チーム内で一人ずつ ごく簡単に共有 します。「ポリモーフィズムが実際に動くのを見てこう感じた」「例外がこの行で止まった」など、一言で十分です。リーダーは全員が一度は話せるように、タイムキーパーは時間を見て進行を助けてください。このメモは提出不要ですが、手元に残しておく と後でデバッグするときの自分用チェックリストになります。

体験完了のチェックリスト

Ch13_Inheritance をデバッグ実行し、ブレークポイントで止められた
ステップイン / ステップオーバー / ステップアウトを使い分けられた
ポリモーフィズムで、実体に応じて違うクラスのメソッドに入ることを確認できた
employees リストやオブジェクトの中身を展開して確認できた
Ch15_ExceptionHandling で、例外の発生行・型・メッセージを読み取れた
デバッグ後、不要なブレークポイントは解除した
デバッグ観察メモ.txt を書き、チーム内で一言共有した

この章の成果について

この章では 新しいプロジェクトを作らず、Git への提出も行いません。デバッグ操作を身につけ、デバッグ観察メモ.txt に観察結果を残せたことが、この章の成果です。

観察メモは提出不要ですが、手元に保存しておきましょう(今後デバッグするときの自分用の手順メモになります)。
デバッグの過程で、講義プロジェクトに小さな修正や実験を加えてもかまいません(提出は不要です)。

デバッグ操作は、第 23 章以降の Windows フォーム・DB アプリでも繰り返し使います。「動かない・値が変・例外が出た」と思ったら、まずブレークポイントで止めて中を見る ── このクセをここで付けておきましょう。

この章のまとめ

デバッグ操作は、エラー対応・動作確認の 必須スキル
ブレークポイント で実行を一時停止できる
ステップ実行(オーバー/イン/アウト)で 1 行ずつ進められる
停止中は 変数・画面部品のプロパティ をマウスホバー・ウォッチウィンドウで確認できる
「動かない」ときは、まずイベントハンドラーにブレークポイントを置いて 動いているかを確認 する
例外発生時は、Visual Studio が 発生箇所と例外情報 を示してくれる
第 15 章の try-catch / int.TryParse と組み合わせて使う

次章の予告

ここまでで、オブジェクト指向のプログラムや GUI アプリを、デバッガーで観察する方法を学びました。「想像」ではなく「観察」でエラーに向き合う土台ができました。

次章 第 22 章「CSV 読み書きと DataGridView」 では、表形式のデータ を Windows フォームで扱う方法を学びます。 DataGridView という新しいコントロールが登場し、ここから先のアプリ作成で 必須の部品 になっていきます。

その先(第 23 章以降)では、本研修のオリジナル内容として、第 16・17 章で構築・操作した SQLServer の TrainingDB からデータを取得し、DataGridView に表示する社員管理アプリへと発展させていきます。

第21章 デバッグ操作を身につける

この章の目的

この章で使用する書籍範囲

この章でできるようになること

本章で使用する環境

作業前チェック

21-1 デバッグはエラー対応の基本ツール

21-2 ブレークポイント

21-3 ステップ実行

21-4 変数とプロパティの値を確認する

21-5 イベントハンドラーが実行されているか確認する

21-6 例外が発生したときの確認

21-7 デバッグ操作のおすすめの使い方

よくあるつまずき

学んだことチェック

ペア確認

体験課題

体験 21-1 ポリモーフィズムをステップ実行で目撃する(Ch13_Inheritance)

体験 21-2 リストの中身をのぞく(Ch13_Inheritance)

体験 21-3 例外の発生と catch への流れを追う(Ch15_ExceptionHandling)

デバッグ観察メモを書く(成果の確認)

体験完了のチェックリスト

この章の成果について

この章のまとめ

次章の予告

第21章　デバッグ操作を身につける

21-1　デバッグはエラー対応の基本ツール

21-2　ブレークポイント

21-3　ステップ実行

21-4　変数とプロパティの値を確認する

21-5　イベントハンドラーが実行されているか確認する

21-6　例外が発生したときの確認

21-7　デバッグ操作のおすすめの使い方

体験 21-1　ポリモーフィズムをステップ実行で目撃する(Ch13_Inheritance)

体験 21-2　リストの中身をのぞく(Ch13_Inheritance)

体験 21-3　例外の発生と catch への流れを追う(Ch15_ExceptionHandling)