VS2008 Debug與Release的本質區別

Mr_John_Liang發表於2013-05-30
如何設定:工具欄“生成”→“配置管理器”→“活動解決方案配置”


 


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

相關文章