Debug系列Debug运行正常但是Release出现错误的原因

Posted 2022-08-30 飞翔的鲲

目录

一、Debug   和   Release   编译方式的本质区别   

二、哪些情况下   Release   版会出错   

三、怎样“调试”   Release   版的程序   

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一、Debug   和   Release   编译方式的本质区别   

          Debug   通常称为调试版本，它包含调试信息，并且不作任何优化，便于程序员调试程序。Release   称为发布版本，它往往是进行了各种优化，使得程序在代码大小和运行速度上都是最优的，以便用户很好地使用。   
          Debug   和   Release   的真正秘密，在于一组编译选项。下面列出了分别针对二者的选项（当然除此之外还有其他一些，如/Fd   /Fo，但区别并不重要，通常他们也不会引起   Release   版错误，在此不讨论）   
            
  Debug   版本：   

    /MDd   /MLd   或   /MTd       使用   Debug   runtime   library(调试版本的运行时刻函数库)   
    /Od                                   关闭优化开关   
    /D   "_DEBUG"                   相当于   #define   _DEBUG,打开编译调试代码开关(主要针对   
                                            assert函数)   
    /ZI                                   创建   Edit   and   continue(编辑继续)数据库，这样在调试过   
                                            程中如果修改了源代码不需重新编译   
    /GZ                                   可以帮助捕获内存错误   
    /Gm                                   打开最小化重链接开关，减少链接时间   
                                              
  Release   版本：                 
    /MD   /ML   或   /MT             使用发布版本的运行时刻函数库   
    /O1   或   /O2                     优化开关，使程序最小或最快   
    /D   "NDEBUG"                   关闭条件编译调试代码开关(即不编译assert函数)   
    /GF                                   合并重复的字符串，并将字符串常量放到只读内存，防止   
                                            被修改   
    
          实际上，Debug   和   Release   并没有本质的界限，他们只是一组编译选项的集合，编译器只是按照预定的选项行动。事实上，我们甚至可以修改这些选项，从而得到优化过的调试版本或是带跟踪语句的发布版本。   
            
  

二、哪些情况下   Release   版会出错   

    
          有了上面的介绍，我们再来逐个对照这些选项看看   Release   版错误是怎样产生的   
            
    1.   Runtime   Library：链接哪种运行时刻函数库通常只对程序的性能产生影响。调试版本的   Runtime   Library   包含了调试信息，并采用了一些保护机制以帮助发现错误，因此性能不如发布版本。编译器提供的   Runtime   Library   通常很稳定，不会造成   Release   版错误；倒是由于   Debug   的   Runtime   Library   加强了对错误的检测，如堆内存分配，有时会出现   Debug   有错但   Release   正常的现象。应当指出的是，如果   Debug   有错，即使   Release   正常，程序肯定是有   Bug   的，只不过可能是   Release   版的某次运行没有表现出来而已。   
      
    2.   优化：这是造成错误的主要原因，因为关闭优化时源程序基本上是直接翻译的，而打开优化后编译器会作出一系列假设。这类错误主要有以下几种：   
      
          (1)   帧指针(Frame   Pointer)省略（简称   FPO   ）：在函数调用过程中，所有调用信息（返回地址、参数）以及自动变量都是放在栈中的。若函数的声明与实现不同（参数、返回值、调用方式），就会产生错误————但   Debug   方式下，栈的访问通过   EBP   寄存器保存的地址实现，如果没有发生数组越界之类的错误（或是越界“不多”），函数通常能正常执行；Release   方式下，优化会省略   EBP   栈基址指针，这样通过一个全局指针访问栈就会造成返回地址错误是程序崩溃。C++   的强类型特性能检查出大多数这样的错误，但如果用了强制类型转换，就不行了。你可以在   Release   版本中强制加入   /Oy-   编译选项来关掉帧指针省略，以确定是否此类错误。此类错误通常有：   
              
            ●   MFC   消息响应函数书写错误。正确的应为   
              afx_msg   LRESULT   OnMessageOwn(WPARAM   wparam,   LPARAM   lparam);   
              ON_MESSAGE   宏包含强制类型转换。防止这种错误的方法之一是重定义   ON_MESSAGE   宏，把下列代码加到   stdafx.h   中（在#include   "afxwin.h"之后）,函数原形错误时编译会报错   
              #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   型变量：volatile   告诉编译器该变量可能被程序之外的未知方式修改（如系统、其他进程和线程）。优化程序为了使程序性能提高，常把一些变量放在寄存器中（类似于   register   关键字），而其他进程只能对该变量所在的内存进行修改，而寄存器中的值没变。如果你的程序是多线程的，或者你发现某个变量的值与预期的不符而你确信已正确的设置了，则很可能遇到这样的问题。这种错误有时会表现为程序在最快优化出错而最小优化正常。把你认为可疑的变量加上   volatile   试试。   
            
          (3)   变量优化：优化程序会根据变量的使用情况优化变量。例如，函数中有一个未被使用的变量，在   Debug   版中它有可能掩盖一个数组越界，而在   Release   版中，这个变量很可能被优化调，此时数组越界会破坏栈中有用的数据。当然，实际的情况会比这复杂得多。与此有关的错误有：   
            ●   非法访问，包括数组越界、指针错误等。例如   
                    void   fn(void)   
                       
                        int   i;   
                        i   =   1;   
                        int   a[4];   
                           
                            int   j;   
                            j   =   1;   
                           
                        a[-1]   =   1;//当然错误不会这么明显，例如下标是变量   
                        a[4]   =   1;   
                       

                j   虽然在数组越界时已出了作用域，但其空间并未收回，因而   i   和   j   就会掩盖越界。而   Release   版由于   i、j   并未其很大作用可能会被优化掉，从而使栈被破坏。   
    
  3.   _DEBUG   与   NDEBUG   ：当定义了   _DEBUG   时，assert()   函数会被编译，而   NDEBUG   时不被编译。除此之外，VC++中还有一系列断言宏。这包括：   
    
          ANSI   C   断言                   void   assert(int   expression   );   
          C   Runtime   Lib   断言     _ASSERT(   booleanExpression   );   
                                                  _ASSERTE(   booleanExpression   );   
          MFC   断言                         ASSERT(   booleanExpression   );   
                                                  VERIFY(   booleanExpression   );   
                                                  ASSERT_VALID(   pObject   );   
                                                  ASSERT_KINDOF(   classname,   pobject   );   
          ATL   断言                         ATLASSERT(   booleanExpression   );   
          此外，TRACE()   宏的编译也受   _DEBUG   控制。   
    
  所有这些断言都只在   Debug版中才被编译，而在   Release   版中被忽略。唯一的例外是   VERIFY()   。事实上，这些宏都是调用了   assert()   函数，只不过附加了一些与库有关的调试代码。如果你在这些宏中加入了任何程序代码，而不只是布尔表达式（例如赋值、能改变变量值的函数调用   等），那么   Release   版都不会执行这些操作，从而造成错误。初学者很容易犯这类错误，查找的方法也很简单，因为这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这些宏的地方再一一检查即可。另外，有些高手可能还会加入   #ifdef   _DEBUG   之类的条件编译，也要注意一下。   
          顺便值得一提的是   VERIFY()   宏，这个宏允许你将程序代码放在布尔表达式里。这个宏通常用来检查   Windows   API   的返回值。有些人可能为这个原因而滥用   VERIFY()   ，事实上这是危险的，因为   VERIFY()   违反了断言的思想，不能使程序代码和调试代码完全分离，最终可能会带来很多麻烦。因此，专家们建议尽量少用这个宏。   
    
  4.   /GZ   选项：这个选项会做以下这些事   
    
          (1)   初始化内存和变量。包括用   0xCC   初始化所有自动变量，0xCD   (   Cleared   Data   )   初始化堆中分配的内存（即动态分配的内存，例如   new   ），0xDD   (   Dead   Data   )   填充已被释放的堆内存（例如   delete   ），0xFD(   deFencde   Data   )   初始化受保护的内存（debug   版在动态分配内存的前后加入保护内存以防止越界访问），其中括号中的词是微软建议的助记词。这样做的好处是这些值都很大，作为指针是不可能的（而且   32   位系统中指针很少是奇数值，在有些系统中奇数的指针会产生运行时错误），作为数值也很少遇到，而且这些值也很容易辨认，因此这很有利于在   Debug   版中发现   Release   版才会遇到的错误。要特别注意的是，很多人认为编译器会用   0   来初始化变量，这是错误的（而且这样很不利于查找错误）。   
          (2)   通过函数指针调用函数时，会通过检查栈指针验证函数调用的匹配性。（防止原形不匹配）   
          (3)   函数返回前检查栈指针，确认未被修改。（防止越界访问和原形不匹配，与第二项合在一起可大致模拟帧指针省略   FPO   ）   
            
          通常   /GZ   选项会造成   Debug   版出错而   Release   版正常的现象，因为   Release   版中未初始化的变量是随机的，这有可能使指针指向一个有效地址而掩盖了非法访问。   
            
  除此之外，/Gm   /GF   等选项造成错误的情况比较少，而且他们的效果显而易见，比较容易发现。

三、怎样“调试”   Release   版的程序   

    
          遇到   Debug   成功但   Release   失败，显然是一件很沮丧的事，而且往往无从下手。如果你看了以上的分析，结合错误的具体表现，很快找出了错误，固然很好。但如果一时找不出，以下给出了一些在这种情况下的策略。   
            
          1.   前面已经提过，Debug   和   Release   只是一组编译选项的差别，实际上并没有什么定义能区分二者。我们可以修改   Release   版的编译选项来缩小错误范围。如上所述，可以把   Release   的选项逐个改为与之相对的   Debug   选项，如   /MD   改为   /MDd、/O1   改为   /Od，或运行时间优化改为程序大小优化。注意，一次只改一个选项，看改哪个选项时错误消失，再对应该选项相关的错误，针对性地查找。这些选项在   Project\\Settings...   中都可以直接通过列表选取，通常不要手动修改。由于以上的分析已相当全面，这个方法是最有效的。   
    
          2.   在编程过程中就要时常注意测试   Release   版本，以免最后代码太多，时间又很紧。   
            
          3.   在   Debug   版中使用   /W4   警告级别，这样可以从编译器获得最大限度的错误信息，比如   if(   i   =0   )就会引起   /W4   警告。不要忽略这些警告，通常这是你程序中的   Bug   引起的。但有时   /W4   会带来很多冗余信息，如   未使用的函数参数   警告，而很多消息处理函数都会忽略某些参数。我们可以用   
              #progma   warning(disable:   4702)   //禁止    //...   
              #progma   warning(default:   4702)   //重新允许来暂时禁止某个警告，或使用   
              #progma   warning(push,   3)   //设置警告级别为   /W3    //...   
              #progma   warning(pop)          //重设为  /W4 来暂时改变警告级别，有时你可以只在认为可疑的那一部分代码使用   /W4。   
    
          4.   你也可以像   Debug   一样调试你的   Release   版，只要加入调试符号。在   Project/Settings...   中，选中   Settings   for   "Win32   Release"，选中   C/C++   标签，Category   选   General，Debug   Info   选   Program   Database。再在   Link   标签   Project   options     最后加上   "/OPT:REF"   (引号不要输)。这样调试器就能使用   pdb   文件中的调试符号。但调试时你会发现断点很难设置，变量也很难找到——这些都被优化过了。不过令人庆幸的是，Call   Stack   窗口仍然工作正常，即使帧指针被优化，栈信息（特别是返回地址）仍然能找到。这对定位错误很有帮助。