VS2008 Debug與Release的本質區別

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對於VS2008的初次使用者來說，常會遇到的編譯問題時，Debug版本執行正常，但在Release版本則不穩定或無法執行。以下是對Debug版本與Release版本本質區別的分析：


Debug 通常稱為除錯版本，它包含除錯資訊，並且不作任何優化，便於程式設計師除錯程式。Release 稱為釋出版本，它往往是進行了各種優化，使得程式在程式碼大小和執行速度上都是最優的，以便使用者很好地使用。    


 Debug 和 Release 的真正祕密，在於一組編譯選項。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，但區別並不重要，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(除錯版本的執行時刻函式庫)


/Od                 關閉優化開關


/D "_DEBUG"         相當於 #define _DEBUG,開啟編譯除錯程式碼開關(主要針對assert函式)


/ZI                 建立 Edit and continue(編輯繼續)資料庫，這樣在除錯過程中如果修改了原始碼不需重新編譯


/GZ                 可以幫助捕獲記憶體錯誤


 /Gm                 開啟最小化重連結開關，減少連結時間                    


 


Release 版本：     


  /MD /ML 或 /MT      使用釋出版本的執行時刻函式庫


  /O1 或 /O2          優化開關，使程式最小或最快 /D "NDEBUG"         關閉條件編譯除錯程式碼開關(即不編譯assert函式)


  /GF                 合併重複的字串，並將字串常量放到只讀記憶體，防止被修改


    實際上，Debug 和 Release 並沒有本質的界限，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，從而得到優化過的除錯版本或是帶跟蹤語句的釋出版本。   


 


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：連結哪種執行時刻函式庫通常只對程式的效能產生影響。除錯版本的 Runtime Library 包含了除錯資訊，並採用了一些保護機制以幫助發現錯誤，因此效能不如釋出版本。編譯器提供的 Runtime Library 通常很穩定，不會造成 Release 版錯誤；倒是由於 Debug 的 Runtime Library 加強了對錯誤的檢測，如堆記憶體分配，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，程式肯定是有 Bug 的，只不過可能是 Release 版的某次執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式基本上是直接翻譯的，而開啟優化後編譯器會作出一系列假設。這類錯誤主要有以下幾種：    


 (1) 幀指標(Frame Pointer)省略（簡稱 FPO ）：在函式呼叫過程中，所有呼叫資訊（返回地址、引數）以及自動變數都是放在棧中的。若函式的宣告與實現不同（引數、返回值、呼叫方式），就會產生錯誤 ————但 Debug 方式下，棧的訪問通過 EBP 暫存器儲存的地址實現，如果沒有發生陣列越界之類的錯誤（或是越界“不多”），函式通常能正常執行；Release 方式下，優化會省略 EBP 棧基址指標，這樣通過一個全域性指標訪問棧就會造成返回地址錯誤是程式崩潰。C++ 的強型別特效能檢查出大多數這樣的錯誤，但如果用了強制型別轉換，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標省略，以確定是否此類錯誤。此類錯誤通常有：        


  ● MFC 訊息響應函式書寫錯誤。正確的應為      


afx_msg LRESULT OnMessageOwn(WPARAM wparam, LPARAM lparam);      


ON_MESSAGE 巨集包含強制型別轉換。防止這種錯誤的方法之一是重定義 ON_MESSAGE 巨集，把下列程式碼加到 stdafx.h 中（在#include "afxwin.h"之後）,函式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 型變數：volatile 告訴編譯器該變數可能被程式之外的未知方式修改（如系統、其他程式和執行緒）。優化程式為了使程式效能提高，常把一些變數放在暫存器中（類似於 register 關鍵字），而其他程式只能對該變數所在的記憶體進行修改，而暫存器中的值沒變。如果你的程式是多執行緒的，或者你發現某個變數的值與預期的不符而你確信已正確的設定了，則很可能遇到這樣的問題。這種錯誤有時會表現為程式在最快優化出錯而最小優化正常。把你認為可疑的變數加上 volatile 試試。      


  (3) 變數優化：優化程式會根據變數的使用情況優化變數。例如，函式中有一個未被使用的變數，在 Debug 版中它有可能掩蓋一個陣列越界，而在 Release 版中，這個變數很可能被優化調，此時陣列越界會破壞棧中有用的資料。當然，實際的情況會比這複雜得多。與此有關的錯誤有：      ● 非法訪問，包括陣列越界、指標錯誤等。例如         


 void fn(void)         


 {           


 　　int i;           


 　　i = 1;           


　　int a[4];           


 　 {            


 　　      int j;       


     　　  j = 1;    


      }        


   　　 a[-1] = 1;//當然錯誤不會這麼明顯，例如下標是變數   


         a[4] = 1;  


        }    


    j 雖然在陣列越界時已出了作用域，但其空間並未收回，因而 i 和 j 就會掩蓋越界。而 Release 版由於 i、j 並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() 函式會被編譯，而 NDEBUG 時不被編譯。除此之外，VC++中還有一系列斷言巨集。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() 巨集的編譯也受 _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，這些巨集都是呼叫了 assert() 函式，只不過附加了一些與庫有關的除錯程式碼。如果你在這些巨集中加入了任何程式程式碼，而不只是布林表示式（例如賦值、能改變變數值的函式呼叫等），那麼 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，查詢的方法也很簡單，因為這些巨集都已在上面列出，只要利用 VC++ 的 Find in Files 功能在工程所有檔案中找到用這些巨集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() 巨集，這個巨集允許你將程式程式碼放在布林表示式裡。這個巨集通常用來檢查 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，不能使程式程式碼和除錯程式碼完全分離，最終可能會帶來很多麻煩。因此，專家們建議儘量少用這個巨集。


4. /GZ 選項：這個選項會做以下這些事


    (1) 初始化記憶體和變數。包括用 0xCC 初始化所有自動變數，0xCD ( Cleared Data ) 初始化堆中分配的記憶體（即動態分配的記憶體，例如 new ），0xDD ( Dead Data ) 填充已被釋放的堆記憶體（例如 delete ），0xFD( deFencde Data ) 初始化受保護的記憶體（debug 版在動態分配記憶體的前後加入保護記憶體以防止越界訪問），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，作為指標是不可能的（而且 32 位系統中指標很少是奇數值，在有些系統中奇數的指標會產生執行時錯誤），作為數值也很少遇到，而且這些值也很容易辨認，因此這很有利於在 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 來初始化變數，這是錯誤的（而且這樣很不利於查詢錯誤）。   


   (2) 通過函式指標呼叫函式時，會通過檢查棧指標驗證函式呼叫的匹配性。（防止原形不匹配）  


   (3) 函式返回前檢查棧指標，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標省略 FPO ）       


     通常 /GZ 選項會造成 Debug 版出錯而 Release 版正常的現象，因為 Release 版中未初始化的變數是隨機的，這有可能使指標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。


 


三、怎樣“除錯” Release 版的程式


    遇到 Debug 成功但 Release 失敗，顯然是一件很沮喪的事，而且往往無從下手。如果你看了以上的分析，結合錯誤的具體表現，很快找出了錯誤，固然很好。但如果一時找不出，以下給出了一些在這種情況下的策略。


       1. 前面已經提過，Debug 和 Release 只是一組編譯選項的差別，實際上並沒有什麼定義能區分二者。我們可以修改 Release 版的編譯選項來縮小錯誤範圍。如上所述，可以把 Release 的選項逐個改為與之相對的 Debug 選項，如 /MD 改為 /MDd、/O1 改為 /Od，或執行時間優化改為程式大小優化。注意，一次只改一個選項，看改哪個選項時錯誤消失，再對應該選項相關的錯誤，針對性地查詢。這些選項在 Project\Settings... 中都可以直接通過列表選取，通常不要手動修改。由於以上的分析已相當全面，這個方法是最有效的。


      2. 在程式設計過程中就要時常注意測試 Release 版本，以免最後程式碼太多，時間又很緊。      


      3. 在 Debug 版中使用 /W4 警告級別，這樣可以從編譯器獲得最大限度的錯誤資訊，比如 if( i =0 )就會引起 /W4 警告。不要忽略這些警告，通常這是你程式中的 Bug 引起的。但有時 /W4 會帶來很多冗餘資訊，如未使用的函式引數警告，而很多訊息處理函式都會忽略某些引數。我們可以用      


 #progma warning(disable: 4702) //禁止       //...      


 #progma warning(default: 4702) //重新允許 來暫時禁止某個警告，或使用       #progma warning(push, 3) //設定警告級別為 /W3       //...      


#progma warning(pop) //重設為 /W4 來暫時改變警告級別，有時你可以只在認為可疑的那一部分程式碼使用 /W4。


     4.你也可以像 Debug 一樣除錯你的 Release 版，只要加入除錯符號。在 Project/Settings... 中，選中 Settings for "Win32 Release"，選中 C/C++ 標籤，Category 選 General，Debug Info 選 Program Database。再在 Link 標籤 Project options  最後加上 "/OPT:REF" (引號不要輸)。這樣偵錯程式就能使用 pdb 檔案中的除錯符號。但除錯時你會發現斷點很難設定，變數也很難找到——這些都被優化過了。不過令人慶幸的是，Call Stack 視窗仍然工作正常，即使幀指標被優化，棧資訊（特別是返回地址）仍然能找到。這對定位錯誤很有幫助