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C++ Programmer's Cookbook

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debug與release區別和使用的常見錯誤

關于Debug和Release之本質區別的討論



    一、Debug 和 Release 編譯方式的本質區別

    Debug 通常稱為調試版本,它包含調試信息,并且不作任何優化,便于程序員調試程序。Release 稱為發布版本,它往往是進行了各種優化,使得程序在代碼大小和運行速度上都是最優的,以便用戶很好地使用。
    Debug 和 Release 的真正秘密,在于一組編譯選項。下面列出了分別針對二者的選項(當然除此之外還有其他一些,如/Fd /Fo,但區別并不重要,通常他們也不會引起 Release 版錯誤,在此不討論)

    Debug 版本:
    /MDd /MLd 或 /MTd 使用 Debug runtime library(調試版本的運行時刻函數庫)
    /Od 關閉優化開關
    /D "_DEBUG" 相當于 #define _DEBUG,打開編譯調試代碼開關(主要針對
    assert函數)
    /ZI 創建 Edit and continue(編輯繼續)數據庫,這樣在調試過
    程中如果修改了源代碼不需重新編譯
    /GZ 可以幫助捕獲內存錯誤
    /Gm 打開最小化重鏈接開關,減少鏈接時間

    Release 版本:
    /MD /ML 或 /MT 使用發布版本的運行時刻函數庫
    /O1 或 /O2 優化開關,使程序最小或最快
    /D "NDEBUG" 關閉條件編譯調試代碼開關(即不編譯assert函數)
    /GF 合并重復的字符串,并將字符串常量放到只讀內存,防止
    被修改

    實際上,Debug 和 Release 并沒有本質的界限,他們只是一組編譯選項的集合,編譯器只是按照預定的選項行動。事實上,我們甚至可以修改這些選項,從而得到優化過的調試版本或是帶跟蹤語句的發布版本。

    二、哪些情況下 Release 版會出錯

    有了上面的介紹,我們再來逐個對照這些選項看看 Release 版錯誤是怎樣產生的

    1. Runtime Library:鏈接哪種運行時刻函數庫通常只對程序的性能產生影響。調試版本的 Runtime Library 包含了調試信息,并采用了一些保護機制以幫助發現錯誤,因此性能不如發布版本。編譯器提供的 Runtime Library 通常很穩定,不會造成 Release 版錯誤;倒是由于 Debug 的 Runtime Library 加強了對錯誤的檢測,如堆內存分配,有時會出現 Debug 有錯但 Release 正常的現象。應當指出的是,如果 Debug 有錯,即使 Release 正常,程序肯定是有 Bug 的,只不過可能是 Release 版的某次運行沒有表現出來而已。

    2. 優化:這是造成錯誤的主要原因,因為關閉優化時源程序基本上是直接翻譯的,而打開優化后編譯器會作出一系列假設。這類錯誤主要有以下幾種:

    (1) 幀指針(Frame Pointer)省略(簡稱 FPO ):在函數調用過程中,所有調用信息(返回地址、參數)以及自動變量都是放在棧中的。若函數的聲明與實現不同(參數、返回值、調用方式),就會產生錯誤 ————但 Debug 方式下,棧的訪問通過 EBP 寄存器保存的地址實現,如果沒有發生數組越界之類的錯誤(或是越界“不多”),函數通常能正常執行;Release 方式下,優化會省略 EBP 棧基址指針,這樣通過一個全局指針訪問棧就會造成返回地址錯誤是程序崩潰。C++ 的強類型特性能檢查出大多數這樣的錯誤,但如果用了強制類型轉換,就不行了。你可以在 Release 版本中強制加入 /Oy- 編譯選項來關掉幀指針省略,以確定是否此類錯誤。此類錯誤通常有:

    ● MFC 消息響應函數書寫錯誤。正確的應為
    afx_msg LRESULT OnMessageOwn(WPARAM wparam, LPARAM lparam);
    ON_MESSAGE 宏包含強制類型轉換。防止這種錯誤的方法之一是重定義 ON_MESSAGE 宏,把下列代碼加到 stdafx.h 中(在#include "afxwin.h"之后),函數原形錯誤時編譯會報錯
    #undef ON_MESSAGE
    #define ON_MESSAGE(message, memberFxn) { message, 0, 0, 0, AfxSig_lwl, (AFX_PMSG)(AFX_PMSGW)(static_cast< LRESULT (AFX_MSG_CALL CWnd::*)(WPARAM, LPARAM) > (&memberFxn) },

    (2) volatile 型變量:volatile 告訴編譯器該變量可能被程序之外的未知方式修改(如系統、其他進程和線程)。優化程序為了使程序性能提高,常把一些變量放在寄存器中(類似于 register 關鍵字),而其他進程只能對該變量所在的內存進行修改,而寄存器中的值沒變。如果你的程序是多線程的,或者你發現某個變量的值與預期的不符而你確信已正確的設置了,則很可能遇到這樣的問題。這種錯誤有時會表現為程序在最快優化出錯而最小優化正常。把你認為可疑的變量加上 volatile 試試。

    (3) 變量優化:優化程序會根據變量的使用情況優化變量。例如,函數中有一個未被使用的變量,在 Debug 版中它有可能掩蓋一個數組越界,而在 Release 版中,這個變量很可能被優化調,此時數組越界會破壞棧中有用的數據。當然,實際的情況會比這復雜得多。與此有關的錯誤有:
    ● 非法訪問,包括數組越界、指針錯誤等。例如
    void fn(void)
    {
    int i;
    i = 1;
    int a[4];
    {
    int j;
    j = 1;
    }
    a[-1] = 1;//當然錯誤不會這么明顯,例如下標是變量
    a[4] = 1;
    }
    j 雖然在數組越界時已出了作用域,但其空間并未收回,因而 i 和 j 就會掩蓋越界。而 Release 版由于 i、j 并未其很大作用可能會被優化掉,從而使棧被破壞。

    3. _DEBUG 與 NDEBUG :當定義了 _DEBUG 時,assert() 函數會被編譯,而 NDEBUG 時不被編譯。除此之外,VC++中還有一系列斷言宏。這包括:

    ANSI C 斷言 void assert(int expression );
    C Runtime Lib 斷言 _ASSERT( booleanExpression );
    _ASSERTE( booleanExpression );
    MFC 斷言 ASSERT( booleanExpression );
    VERIFY( booleanExpression );
    ASSERT_VALID( pObject );
    ASSERT_KINDOF( classname, pobject );
    ATL 斷言 ATLASSERT( booleanExpression );
    此外,TRACE() 宏的編譯也受 _DEBUG 控制。

    所有這些斷言都只在 Debug版中才被編譯,而在 Release 版中被忽略。唯一的例外是 VERIFY() 。事實上,這些宏都是調用了 assert() 函數,只不過附加了一些與庫有關的調試代碼。如果你在這些宏中加入了任何程序代碼,而不只是布爾表達式(例如賦值、能改變變量值的函數調用 等),那么 Release 版都不會執行這些操作,從而造成錯誤。初學者很容易犯這類錯誤,查找的方法也很簡單,因為這些宏都已在上面列出,只要利用 VC++ 的 Find in Files 功能在工程所有文件中找到用這些宏的地方再一一檢查即可。另外,有些高手可能還會加入 #ifdef _DEBUG 之類的條件編譯,也要注意一下。
    順便值得一提的是 VERIFY() 宏,這個宏允許你將程序代碼放在布爾表達式里。這個宏通常用來檢查 Windows API 的返回值。有些人可能為這個原因而濫用 VERIFY() ,事實上這是危險的,因為 VERIFY() 違反了斷言的思想,不能使程序代碼和調試代碼完全分離,最終可能會帶來很多麻煩。因此,專家們建議盡量少用這個宏。

    4. /GZ 選項:這個選項會做以下這些事

    (1) 初始化內存和變量。包括用 0xCC 初始化所有自動變量,0xCD ( Cleared Data ) 初始化堆中分配的內存(即動態分配的內存,例如 new ),0xDD ( Dead Data ) 填充已被釋放的堆內存(例如 delete ),0xFD( deFencde Data ) 初始化受保護的內存(debug 版在動態分配內存的前后加入保護內存以防止越界訪問),其中括號中的詞是微軟建議的助記詞。這樣做的好處是這些值都很大,作為指針是不可能的(而且 32 位系統中指針很少是奇數值,在有些系統中奇數的指針會產生運行時錯誤),作為數值也很少遇到,而且這些值也很容易辨認,因此這很有利于在 Debug 版中發現 Release 版才會遇到的錯誤。要特別注意的是,很多人認為編譯器會用 0 來初始化變量,這是錯誤的(而且這樣很不利于查找錯誤)。
    (2) 通過函數指針調用函數時,會通過檢查棧指針驗證函數調用的匹配性。(防止原形不匹配)
    (3) 函數返回前檢查棧指針,確認未被修改。(防止越界訪問和原形不匹配,與第二項合在一起可大致模擬幀指針省略 FPO )

    通常 /GZ 選項會造成 Debug 版出錯而 Release 版正常的現象,因為 Release 版中未初始化的變量是隨機的,這有可能使指針指向一個有效地址而掩蓋了非法訪問。

    除此之外,/Gm /GF 等選項造成錯誤的情況比較少,而且他們的效果顯而易見,比較容易發現。

posted on 2005-12-24 14:44 夢在天涯 閱讀(1561) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: CPlusPlus

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