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Debug和Release之本质区别

 
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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
参数含义
/MDd/MLd或/MTd使用Debugruntimelibrary(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Editandcontinue(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
参数含义
/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。

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.RuntimeLibrary: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RuntimeLibrary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RuntimeLibrary通常很稳定,不会造成Release版错误;倒是由于Debug的RuntimeLibrary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(FramePointer)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_msgLRESULTOnMessageOwn(WPARAMwparam,LPARAMlparam);
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。#undefON_MESSAGE
#defineON_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voidfn(void)
{
inti;
i=1;
inta[4];
{
intj;
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:
断言类型定义
ANSIC断言voidassert(intexpression);
CRuntimeLib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FindinFiles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WindowsAPI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(ClearedData)初始化堆中分配的内存(即动态分配的内存,例如new),0xDD(DeadData)填充已被释放的堆内存(例如delete),0xFD(deFencdeData)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。

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:#progmawarning(disable:4702)//禁止
//...
#progmawarning(default:4702)//重新允许来暂时禁止某个警告,或使用
#progmawarning(push,3)//设置警告级别为/W3
//...
#progmawarning(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Settingsfor"Win32Release",选中C/C++标签,Category选General,DebugInfo选ProgramDatabase。再在Link标签Projectoptions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,CallStack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。
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