關(guān)于Debug和Release之本質(zhì)區(qū)別??????????????????????????????????????

經(jīng)常在 CSDN 上看見有人問 Debug 運行正常但 Release 失敗的問題。以往的討論往往是
經(jīng)驗性的，并沒有指出會這樣的真正原因是什么，要想找出真正的原因通常要憑運氣。最
近我看了一些這方面的書，又參考了 CSDN 上的一些帖子，然后深入研究了一下關(guān)于二者
的不同。以下是我的一些體會，拿來與大家共享。
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本文主要包含如下內(nèi)容：
1. Debug 和 Release 編譯方式的本質(zhì)區(qū)別
2. 哪些情況下 Release 版會出錯
2. 怎樣“調(diào)試” Release 版的程序
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??????????? 關(guān)于Debug和Release之本質(zhì)區(qū)別的討論

一、Debug 和 Release 編譯方式的本質(zhì)區(qū)別

??? Debug 通常稱為調(diào)試版本，它包含調(diào)試信息，并且不作任何優(yōu)化，便于程序員調(diào)試程
序。Release 稱為發(fā)布版本，它往往是進行了各種優(yōu)化，使得程序在代碼大小和運行速度
上都是最優(yōu)的，以便用戶很好地使用。
??? Debug 和 Release 的真正秘密，在于一組編譯選項。下面列出了分別針對二者的選項
（當(dāng)然除此之外還有其他一些，如/Fd /Fo，但區(qū)別并不重要，通常他們也不會引起 Rele
ase 版錯誤，在此不討論）

Debug 版本：
?/MDd /MLd 或 /MTd?? 使用 Debug runtime library(調(diào)試版本的運行時刻函數(shù)庫)
?/Od???????????????? 關(guān)閉優(yōu)化開關(guān)
?/D "_DEBUG"???????? 相當(dāng)于 #define _DEBUG,打開編譯調(diào)試代碼開關(guān)(主要針對
???????????????????? assert函數(shù))
?/ZI???????????????? 創(chuàng)建 Edit and continue(編輯繼續(xù))數(shù)據(jù)庫，這樣在調(diào)試過
???????????????????? 程中如果修改了源代碼不需重新編譯
?/GZ???????????????? 可以幫助捕獲內(nèi)存錯誤
?/Gm???????????????? 打開最小化重鏈接開關(guān)，減少鏈接時間

Release 版本：
?/MD /ML 或 /MT????? 使用發(fā)布版本的運行時刻函數(shù)庫
?/O1 或 /O2????????? 優(yōu)化開關(guān)，使程序最小或最快
?/D "NDEBUG"???????? 關(guān)閉條件編譯調(diào)試代碼開關(guān)(即不編譯assert函數(shù))
?/GF???????????????? 合并重復(fù)的字符串，并將字符串常量放到只讀內(nèi)存，防止
???????????????????? 被修改

??? 實際上，Debug 和 Release 并沒有本質(zhì)的界限，他們只是一組編譯選項的集合，編譯
器只是按照預(yù)定的選項行動。事實上，我們甚至可以修改這些選項，從而得到優(yōu)化過的調(diào)
試版本或是帶跟蹤語句的發(fā)布版本。

二、哪些情況下 Release 版會出錯

??? 有了上面的介紹，我們再來逐個對照這些選項看看 Release 版錯誤是怎樣產(chǎn)生的

?1. Runtime Library：鏈接哪種運行時刻函數(shù)庫通常只對程序的性能產(chǎn)生影響。調(diào)試版本
的 Runtime Library 包含了調(diào)試信息，并采用了一些保護機制以幫助發(fā)現(xiàn)錯誤，因此性能
不如發(fā)布版本。編譯器提供的 Runtime Library 通常很穩(wěn)定，不會造成 Release 版錯誤
；倒是由于 Debug 的 Runtime Library 加強了對錯誤的檢測，如堆內(nèi)存分配，有時會出
現(xiàn) Debug 有錯但 Release 正常的現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)指出的是，如果Debug有錯，即使 Release
正常，程序肯定是有 Bug 的，只不過可能是 Release版的某次運行沒有表現(xiàn)出來而已。

?2. 優(yōu)化：這是造成錯誤的主要原因，因為關(guān)閉優(yōu)化時源程序基本上是直接翻譯的，而打
開優(yōu)化后編譯器會作出一系列假設(shè)。這類錯誤主要有以下幾種：

??? (1) 幀指針(Frame Pointer)省略（簡稱 FPO ）：在函數(shù)調(diào)用過程中，所有調(diào)用信息
（返回地址、參數(shù)）以及自動變量都是放在棧中的。若函數(shù)的聲明與實現(xiàn)不同（參數(shù)、返
回值、調(diào)用方式），就會產(chǎn)生錯誤————但 Debug 方式下，棧的訪問通過 EBP 寄存器
保存的地址實現(xiàn)，如果沒有發(fā)生數(shù)組越界之類的錯誤（或是越界“不多”），函數(shù)通常能
正常執(zhí)行；Release 方式下，優(yōu)化會省略 EBP 棧基址指針，這樣通過一個全局指針訪問棧
就會造成返回地址錯誤是程序崩潰。C++ 的強類型特性能檢查出大多數(shù)這樣的錯誤，但如
果用了強制類型轉(zhuǎn)換，就不行了。你可以在 Release 版本中強制加入 /Oy- 編譯選項來關(guān)
掉幀指針省略，以確定是否此類錯誤。此類錯誤通常有：

???? ● MFC 消息響應(yīng)函數(shù)書寫錯誤。正確的應(yīng)為
????? afx_msg LRESULT OnMessageOwn(WPARAM wparam, LPARAM lparam);
????? ON_MESSAGE 宏包含強制類型轉(zhuǎn)換。防止這種錯誤的方法之一是重定義 ON_MESSAGE
?宏，把下列代碼加到 stdafx.h 中（在#include "afxwin.h"之后）,函數(shù)原形錯誤時編譯
會報錯
????? #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 型變量：volatile 告訴編譯器該變量可能被程序之外的未知方式修改
（如系統(tǒng)、其他進程和線程）。優(yōu)化程序為了使程序性能提高，常把一些變量放在寄存器
中（類似于 register 關(guān)鍵字），而其他進程只能對該變量所在的內(nèi)存進行修改，而寄存
器中的值沒變。如果你的程序是多線程的，或者你發(fā)現(xiàn)某個變量的值與預(yù)期的不符而你確
信已正確的設(shè)置了，則很可能遇到這樣的問題。這種錯誤有時會表現(xiàn)為程序在最快優(yōu)化出
錯而最小優(yōu)化正常。把你認(rèn)為可疑的變量加上 volatile 試試。

??? (3) 變量優(yōu)化：優(yōu)化程序會根據(jù)變量的使用情況優(yōu)化變量。例如，函數(shù)中有一個未被
使用的變量，在 Debug 版中它有可能掩蓋一個數(shù)組越界，而在 Release 版中，這個變量
很可能被優(yōu)化調(diào)，此時數(shù)組越界會破壞棧中有用的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，實際的情況會比這復(fù)雜得
多。與此有關(guān)的錯誤有：
???? ● 非法訪問，包括數(shù)組越界、指針錯誤等。例如
???????? void fn(void)
???????? {
?????????? int i;
?????????? i = 1;
?????????? int a[4];
?????????? {
???????????? int j;
???????????? j = 1;
?????????? }
?????????? a[-1] = 1;//當(dāng)然錯誤不會這么明顯，例如下標(biāo)是變量
?????????? a[4] = 1;
???????? }
?????? j 雖然在數(shù)組越界時已出了作用域，但其空間并未收回，因而 i 和 j 就會掩蓋越
界。而 Release 版由于 i、j 并未其很大作用可能會被優(yōu)化掉，從而使棧被破壞。

3. _DEBUG 與 NDEBUG ：當(dāng)定義了 _DEBUG 時，assert() 函數(shù)會被編譯，而 NDEBUG 時不
被編譯。除此之外，VC++中還有一系列斷言宏。這包括：

??? ANSI C 斷言???????? void assert(int expression );
??? C Runtime Lib 斷言? _ASSERT( booleanExpression );
??????????????????????? _ASSERTE( booleanExpression );
??? MFC 斷言??????????? ASSERT( booleanExpression );
??????????????????????? VERIFY( booleanExpression );
??????????????????????? ASSERT_VALID( pObject );
??????????????????????? ASSERT_KINDOF( classname, pobject );
??? ATL 斷言??????????? ATLASSERT( booleanExpression );
??? 此外，TRACE() 宏的編譯也受 _DEBUG 控制。

??? 所有這些斷言都只在 Debug版中才被編譯，而在 Release 版中被忽略。唯一的例外是
?VERIFY() 。事實上，這些宏都是調(diào)用了 assert() 函數(shù)，只不過附加了一些與庫有關(guān)的
調(diào)試代碼。如果你在這些宏中加入了任何程序代碼，而不只是布爾表達式（例如賦值、能
改變變量值的函數(shù)調(diào)用 等），那么 Release 版都不會執(zhí)行這些操作，從而造成錯誤。初
學(xué)者很容易犯這類錯誤，查找的方法也很簡單，因為這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這些宏的地方再一一檢查即可。另外
，有些高手可能還會加入 #ifdef _DEBUG 之類的條件編譯，也要注意一下。
??? 順便值得一提的是 VERIFY() 宏，這個宏允許你將程序代碼放在布爾表達式里。這個
宏通常用來檢查 Windows API 的返回值。有些人可能為這個原因而濫用 VERIFY() ，事實
上這是危險的，因為 VERIFY() 違反了斷言的思想，不能使程序代碼和調(diào)試代碼完全分離
，最終可能會帶來很多麻煩。因此，專家們建議盡量少用這個宏。

4. /GZ 選項：這個選項會做以下這些事

??? (1) 初始化內(nèi)存和變量。包括用 0xCC 初始化所有自動變量，0xCD ( Cleared Data
) 初始化堆中分配的內(nèi)存（即動態(tài)分配的內(nèi)存，例如 new ），0xDD ( Dead Data ) 填充
已被釋放的堆內(nèi)存（例如 delete ），0xFD( deFencde Data ) 初始化受保護的內(nèi)存（de
bug 版在動態(tài)分配內(nèi)存的前后加入保護內(nèi)存以防止越界訪問），其中括號中的詞是微軟建
議的助記詞。這樣做的好處是這些值都很大，作為指針是不可能的（而且 32 位系統(tǒng)中指
針很少是奇數(shù)值，在有些系統(tǒng)中奇數(shù)的指針會產(chǎn)生運行時錯誤），作為數(shù)值也很少遇到，
而且這些值也很容易辨認(rèn)，因此這很有利于在 Debug 版中發(fā)現(xiàn) Release 版才會遇到的錯
誤。要特別注意的是，很多人認(rèn)為編譯器會用 0 來初始化變量，這是錯誤的（而且這樣很
不利于查找錯誤）。
??? (2) 通過函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)時，會通過檢查棧指針驗證函數(shù)調(diào)用的匹配性。（防止原
形不匹配）
??? (3) 函數(shù)返回前檢查棧指針，確認(rèn)未被修改。（防止越界訪問和原形不匹配，與第二
項合在一起可大致模擬幀指針省略 FPO ）

??? 通常 /GZ 選項會造成 Debug 版出錯而 Release 版正常的現(xiàn)象，因為 Release 版中
未初始化的變量是隨機的，這有可能使指針指向一個有效地址而掩蓋了非法訪問。

除此之外，/Gm /GF 等選項造成錯誤的情況比較少，而且他們的效果顯而易見，比較容易
發(fā)現(xiàn)。

三、怎樣“調(diào)試” Release 版的程序

??? 遇到 Debug 成功但 Release 失敗，顯然是一件很沮喪的事，而且往往無從下手。如
果你看了以上的分析，結(jié)合錯誤的具體表現(xiàn)，很快找出了錯誤，固然很好。但如果一時找
不出，以下給出了一些在這種情況下的策略。

??? 1. 前面已經(jīng)提過，Debug 和 Release 只是一組編譯選項的差別，實際上并沒有什么
定義能區(qū)分二者。我們可以修改 Release 版的編譯選項來縮小錯誤范圍。如上所述，可以
把 Release 的選項逐個改為與之相對的 Debug 選項，如 /MD 改為 /MDd、/O1 改為 /Od
，或運行時間優(yōu)化改為程序大小優(yōu)化。注意，一次只改一個選項，看改哪個選項時錯誤消
失，再對應(yīng)該選項相關(guān)的錯誤，針對性地查找。這些選項在 Project\Settings... 中都可
以直接通過列表選取，通常不要手動修改。由于以上的分析已相當(dāng)全面，這個方法是最有
效的。

??? 2. 在編程過程中就要時常注意測試 Release 版本，以免最后代碼太多，時間又很緊
。

??? 3. 在 Debug 版中使用 /W4 警告級別，這樣可以從編譯器獲得最大限度的錯誤信息，
比如 if( i =0 )就會引起 /W4 警告。不要忽略這些警告，通常這是你程序中的 Bug 引起
的。但有時 /W4 會帶來很多冗余信息，如 未使用的函數(shù)參數(shù) 警告，而很多消息處理函數(shù)
都會忽略某些參數(shù)。我們可以用
????? #progma warning(disable: 4702) //禁止
????? //...
????? #progma warning(default: 4702) //重新允許
來暫時禁止某個警告，或使用
????? #progma warning(push, 3) //設(shè)置警告級別為 /W3
????? //...
????? #progma warning(pop) //重設(shè)為 /W4
來暫時改變警告級別，有時你可以只在認(rèn)為可疑的那一部分代碼使用 /W4。

??? 4.你也可以像 Debug 一樣調(diào)試你的 Release 版，只要加入調(diào)試符號。在 Project/S
ettings... 中，選中 Settings for "Win32 Release"，選中 C/C++ 標(biāo)簽，Category 選
?General，Debug Info 選 Program Database。再在 Link 標(biāo)簽 Project options? 最后
加上 "/OPT:REF" (引號不要輸)。這樣調(diào)試器就能使用 pdb 文件中的調(diào)試符號。但調(diào)試時
你會發(fā)現(xiàn)斷點很難設(shè)置，變量也很難找到——這些都被優(yōu)化過了。不過令人慶幸的是，Ca
ll Stack 窗口仍然工作正常，即使幀指針被優(yōu)化，棧信息（特別是返回地址）仍然能找到
。這對定位錯誤很有幫助。