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  • [转]关于Debug和Release之本质区别的讨论

    经常在 CSDN 上看见有人问 Debug 运行正常但 Release 失败的问题。以往的讨论往往是
    经验性的,并没有指出会这样的真正原因是什么,要想找出真正的原因通常要凭运气。最
    近我看了一些这方面的书,又参考了 CSDN 上的一些帖子,然后深入研究了一下关于二者
    的不同。以下是我的一些体会,拿来与大家共享。
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    本文主要包含如下内容:
    1. Debug 和 Release 编译方式的本质区别
    2. 哪些情况下 Release 版会出错
    2. 怎样“调试” Release 版的程序
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                 关于Debug和Release之本质区别的讨论

    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 Rele
    ase 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 V
    C++ 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(de
    bug 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/S
    ettings... 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,Ca
    ll 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。

    转自http://hi.baidu.com/csc026/blog/item/be8efdeff3137f37acafd55b.html

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