Visual Studio调试之断点进阶篇

Posted 2020-06-13

在上一篇文章Visual Studio调试之断点基础篇里面介绍了什么是断点，INT 是Intel系列CPU的一个指令，可以让程序产生一个中断或者异常。程序中如果有中断或者异常发生了以后，CPU会中断程序的执行，去一个叫做IDT的部件查找处理这个中断（或者异常）的例程（Handler）。IDT是操作系统在启动的时候初始化的，至于IDT的细节问题，例如什么是IDT，怎样编写一个IDT的例程，怎样 初始化IDT，可以去网上搜索一些资料。

总之，这里我们只要知道，CPU在执行程序指令过程中，碰到INT 3中断程序的执行，CPU然后去IDT表里面找到处理断点的例程入口。这个例程要做的事情就是：

1. 先看看机器里面是不是安装了一个调试器—记住，这一步很重要，之所以重要以后的文章里面会介绍。

2. 如果机器里面没有安装调试器，那么操作系统就会终止程序的执行。

3. 否则操作系统启动调试器，并将调试器附到进程上。

4. 这样，我们才能在调试器里面检查程序内部变量的值。

前面文章里面的INT 3 （或者DebugBreak()，或者Debugger.Break()）指令是我们自己在代码里面硬编码进去的，因此我们在Visual Studio里，在相应的代码行里面点一下，出现一个小红球，也就是说Visual Studio在程序指令集某个地方动态地添加了一个INT 3指令。现在的问题来了，Visual Studio是如何在程序中正确找到插入INT 3指令的位置的？

或者更具体一些，我们在源代码（文本文件）里面设置断点的，Visual Studio需要把代码行翻译成在程序指令集中的位置。Visual Studio之所以需要做翻译，是因为通常一行C++或者 C#代码都会对应好几行汇编指令。

因此，Visual Studio需要一个额外的文件来执行这个翻译过程，这个额外的文件叫做调试符号文件（Symbols），是由编译器生成的。Visual Studio系列的编译器，不论是C#、VB.NET还是C++编译器都会生成这个调试符号文件，.pdb 文件。所以如果你花一点时间看看Debug文件夹的话，你就会发现这个文件。

因此我们来看看Visual Studio支持的各种断点，并解释各种断点的实现方式

条件断点

首先我们先看看如何设置条件断点，条件断点有两种，一种是根据触发的次数来设置，另外一种是根据一条预置的条件来设置。

根据触发次数设置

比如说，你有一个循环，循环1000次，你知道有一个BUG总是在500次之后才会出现，因此肯定希望在循环内设置一个断点，但是前面500次都不会触发这个断点，否则连续按500次的F5的确不是一件轻松的差事。

根据预置条件来设置

如果你已经知道一些条件可能会引发Bug，那么根据条件来设置则最合适不过了。如下图所示：

在“断点条件（Breakpoint Condition）”对话框里面，只需要输入一条正常的C#、C++或者VB.NET的语句就可以了（当然，语法是根据你项目里面的源代码语法一致），这条语句的要求是必须返回bool值—否则就不是一个条件了。

第三个还有断点过滤器，当你在断点上，右键点击弹出的菜单里面，会有一个“过滤（Filter）”菜单，它允许你限制将断点仅设置在特定的线程上。这里我就不细讲了，有兴趣的话，可以自己写一个多线程或者多进程程序试试这个功能。

知道断点的原理以后，理解条件断点应该就不会是问题了。

监视断点（Watching Point）

有的时候，你可能需要查看程序内部一些变量的值，但是你又不希望中断程序的执行。例如你在调试一个网络协议栈，一个程序可能在接收数据包，你想看看数据包的格式，但如果中断程序的执行，会导致后续的数据包丢失。

因此，我们一般的做法就是在源代码里面加一些日志记录代码，这样可以将一些变量的值记录下来，以便后续分析。如果日志在产品发布以后还需要的话，在源代码里面加入这些日志代码固然是一个好主意，但是如果你只是想临时看看一些变量的值呢？

这个时候，监视断点就很有用了，Visual Studio的监视断点就可以让你做到在不修改程序源代码的前提下，在调试器窗口中打印一些变量的值。

下图演示了监视断点的用法：

设置监视断点的步骤，或者说是注意事项吧：

1. 设置一个普通的断点

2. 右键单击刚刚设置的断点，在弹出菜单里面选择“When Hit…”

3. 钩选 第一个“打印一条消息（Print a message）”复选框，输入一串文本，默认情况下，你输入的文本会被直接打印到调试的输出窗口里面来。除了：

a. 以$符号开头的几个关键字。比如$FUNCTION就会被替换成断点所在的函数名。其他有一些关键字在“When Breakpoints Is Hit”窗口当中有详细的说明。

b. 使用 大括号 {}包含起来的变量名，这样的字符串会被替换成变量的值。

这下面就是监视断点的效果，注意，你只能在Visual Studio的“输出（Output）”窗口中查看结果。

监视断点相对于日志记录的好处是，你不需要改动源代码，并且重新编译代码。实际上Visual Studio实现监视断点的原理也很简单，就是插入一个普通的断点，断点触发之后处理并且打印在“When Breakpoints Is Hit”窗口输出的表达式，最后自动恢复程序的执行。