Debug和Release之本质区别

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 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 

 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。

http://blog.joycode.com/roboo/archive/2004/08/09/30057.aspx

http://blog.joycode.com/kaneboy/archive/2004/08/09/30041.aspx

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:

 断言类型  定义 

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。

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。

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