C++(Qt)软件调试---断点高级用法（20） 原创
C++(Qt)软件调试—断点高级用法（20）
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1、概述
断点是调试程序时常用的工具之一，它允许开发人员暂停程序的执行，以便检查程序的状态。
除了基本的断点设置外，还有许多高级用法可以让调试过程更加高效和精确。<
以下是使用断点的一些高级技巧，包括条件断点、忽略断点、一次性断点、日志断点、异常断点、函数入口断点以及断点的管理和优化等。
本文中会详细说明在VS Code、Visual Studio、Qt Creator这三种IDE中断点的高级用法。
注意：可能调试工具不同，支持的断点有一些区别。
演示环境：
-
系统：
- Windows11
-
编辑器：
- Visual Studio 2017
- Qt Creator10.0.2
- VS Code
-
编译器：
- MSVC2017-64
- MinGW64
2、断点高级用法
1.1 条件断点
条件断点允许你设置一个表达式，只有当表达式的值为true时，程序才会在该断点处暂停。这在处理循环或大量日志输出时特别有用。
这可以极大地帮助开发者过滤掉不相关的执行路径，专注于特定的逻辑分支或错误情况。
表达式可以使用一个条件或者多个条件，只有当所有条件都满足时，断点才会触发。多个条件之间可以用逻辑运算符连接（如
&&、||）。
注意： 条件断点可能会影响调试性能，尤其是当条件表达式较为复杂时。
可用条件语句： 条件可以是任意合法的 C++ 表达式，包括但不限于：
- 变量检查：如
x > 10。 - 逻辑运算：如
x > 10 && y < 20。 - 算术运算：如
x + y > 30。 - 比较运算：如
x == 10。 - 成员访问：如
obj.member > 10。 - 数组索引：如
arr[0] > 10。 - 指针和引用：如
*ptr > 10。
1.2 日志断点/记录点/消息追踪点
日志断点（Log Breakpoints）是一种特殊的断点类型，它允许你在程序执行到特定位置时不会停止程序的执行，而是记录一些有关当前状态的信息到日志/控制台中。这种方法可以让你在不影响程序执行流的情况下收集调试信息，从而帮助你更快地诊断问题。
日志断点的特点
- 非侵入性：日志断点不会完全停止程序的执行，因此不会影响程序的性能。
- 信息记录：可以记录程序状态的快照，包括变量值、内存状态等。
- 灵活性：可以设置多种条件的日志断点，如条件日志断点、计数日志断点等。
- 持续性：即使程序没有完全停止，也可以持续记录日志信息。
1.3 函数断点
调试器可以支持通过指定函数名称来创建断点，而不是直接在源代码中放置断点。这在源不可用但函数名称已知的情况下非常有用。
函数断点是在函数入口处设置的断点。当程序执行到该函数时，调试器会暂停执行，并允许你检查函数调用前后的状态。函数断点不会在函数体内的每一行都停止执行，而是只在函数入口处暂停。
GDB命令行支持使用正则表达式设置函数断点，可匹配包含部分名称的函数，但IDE一般都不支持。
当你知道函数名但不知道其位置时，这很有用。
如果多个函数（例如重载函数或不同项目中的函数）具有相同的名称，而你想要将其全部中断，这也很有用。
1.4 命中次数断点
命中次数断点（Hit Count Breakpoint）是一种调试工具，它允许开发者设置断点在被命中特定次数后触发。这种类型的断点特别适用于循环或其他重复执行的代码块，可以帮助开发者在不需要每次都停止的情况下，逐步调试代码。
命中次数断点可以与条件断点结合使用，例如，你可以设置一个条件断点，当变量满足特定条件且断点被命中特定次数时才触发。
可用语句
10只在第10次命中时中断；>10前十次不中断，10次之后每次都中断；>=10从第10次开始命中时中断；<3仅在前 2 次命中时中断；%2每间隔一次中断；
使用场景
- 当你怀疑一个错误可能在循环的某次迭代中出现，但不确定具体是哪一次时，使用命中次数断点可以节省时间，避免重复手动触发断点。
- 如果你在调试一个递归函数，并且你只想在递归达到一定深度时才进行调试，你可以设置一个命中次数断点来实现这一点。
1.5 异常断点
异常断点是一种特殊的断点类型，用于在程序执行过程中遇到异常情况时自动暂停程序执行。
这种类型的断点对于调试错误和异常处理逻辑非常有用，因为它可以让开发者在异常发生的确切位置停下来，从而更容易地诊断问题所在。
这里主要将异常抛出断点和异常捕获断点。
在IDE中默认情况下抛出异常会导致程序直接退出，想要在Debug模式下定位到异常抛出位置或者异常捕获位置就可以设置异常断点。
- 异常抛出断点： 会在抛出异常的位置中断；
- 异常捕获断点： 异常抛出时不会中断，会在捕获异常的位置中断。
1.6 等待断点/触发断点
触发断点（Triggered breakpoints）是在命中另一个断点后自动启用的断点。种断点比普通的断点更加灵活，因为它们可以根据程序状态的变化来决定是否激活。
在诊断仅在特定前提条件之后发生的代码中的失败情况时，它们可能非常有用。
1.7 临时断点/一次性断点
临时断点（Temporary Breakpoints）是调试过程中的一种特殊断点类型，它在被命中一次后即自动移除。这意味着一旦程序执行达到这个断点并暂停，断点就会自动消失，不再影响后续的程序执行。临时断点对于调试者来说非常有用，尤其是当他们只需要查看特定位置的一次执行情况时。
临时断点的特点
- 一次性使用：临时断点在被触发一次后就会自动删除，不会再次影响程序的执行。
- 减少干扰：由于临时断点不会在多次执行中反复生效，所以它减少了对程序自然执行流的影响。
- 方便快捷：设置临时断点可以快速帮助开发者定位问题，无需手动删除断点。
临时断点的用途： 临时断点主要用于以下场景：
- 单次检查：当只需要检查某个代码段一次执行的情况时，使用临时断点可以避免在每次调试时都打断程序执行。
- 排除偶然性问题：有时程序中的问题是偶然出现的，使用临时断点可以在问题发生的位置立即停止程序，便于捕捉这一瞬间的问题。
- 减少断点管理：在调试过程中，临时断点可以减少需要管理的断点数量，简化调试流程
1.8 启用/禁用断点
在调试过程中，断点是程序员用来暂停程序执行的重要工具之一。
然而，在调试复杂的应用程序时，可能会设置大量的断点，这可能会导致调试过程变得混乱。此时，能够动态地启用或禁用断点就显得非常重要了。
禁用断点的作用
禁用断点意味着暂时不让该断点生效。这样做有几个好处：
- 减少干扰：当程序执行时，禁用不必要的断点可以避免频繁的暂停，从而不影响正常的调试流程。
- 提高效率：在查找特定问题时，禁用不相关的断点可以加快调试速度。
- 简化调试：当调试特定路径或功能时，禁用其他断点可以使调试更加集中和有针对性。
启用断点的作用
启用断点则是恢复断点的功能，使其能够像正常断点一样在程序执行到达指定位置时暂停程序。
3、Visual Studio
1.1 设置断点
-
方法1：鼠标选中行，按F9键可创建/删除断点；
-
方法2：鼠标在代码行左侧点击可创建/删除断点；
-
如下图所示，鼠标在断点位置，右键选择【条件】可看出断点设置菜单由【条件】、【操作】两部分组成；
1.2 条件表达式
-
下拉框选择【条件表达式】【为true】，输入栏输入条件表达式，点击【关闭】后生效；
-
启动调试后只有a的值为5时断点才会中断；
-
点击表达式后，已保存前的
X可删除这一条表达式；
-
下拉框选择【条件表达式】【为true】，输入栏输入需要检测的变量，如下图为局部变量和成员变量；
-
仅当
a、test.m_a的值更改时才会命中断点; -
如果使用无效语法设置断点条件，则会显示警告消息。 如果在指定断点条件时使用的语法有效但语义无效，则在第一次命中断点将出现警告消息。
1.3 命中次数
-
如图所示，下拉框选择【命中次数】，可选择设置命中次数断点的策略；
-
如设置【命中次数】【=】，输入
5，则只有这个断点命中第5次才会中断；
1.4 筛选器
有时候在调试多线程的时候只是需要在某个线程才进入断点，此时可以选择筛选器输入对应的线程号，在筛选器可以选择机器名、进程的 ID 和进程名、线程号和线程名，可以判断当前是等于或不等于
如我需要判断当前的线程是 2 的时候进入断点，我可以这样写
ThreadId = 19768
这里的等于号写 = 或 == 都可以，多个条件可以使用 & 与和 || 或连接
可以选的判断有机器名、进程的 ID 和进程名、线程号和线程名
- MachineName = “name”
- ProcessId = value
- ProcessName = “name”
- ThreadId = value
- ThreadName = “name”
1.5 多条件断点
-
条件断点设置时支持条件表达式、命中次数、筛选器混合使用；
-
如果同时需要添加筛选器和条件表达式可以点击添加条件，多个条件是与关系，需要同时成立才能进入断点。
-
设置完成一个条件后，【添加条件】按键会高亮显示，可添加其它条件；
1.6 设置操作/日志断点
-
【将消息记录到输出窗口】，这里其实就是日志断点/消息追踪点，可将输入的消息打印到【输出】窗口；
-
在消息框中键入要输出的字符串（无需引号）。 如果要显示变量的值，请确保将其括在大括号中。例如，如果要在输出控制台中显示
counter变量的值，请在消息文本框中键入{counter}。 -
【调试】->【窗口】->【输出】可打开输出窗口；
-
有时候不能进入断点但是希望知道当前程序的运行，例如我在触摸的时候我就不能直接进断点，我需要在方法里面变量输出到控制台，此时就可以用到追踪点功能；
-
勾选【继续执行】后，断点不会中断，不勾选则会中断。
-
此外，还可以使用特殊关键字来显示更多特定信息。 完全按照以下所示输入关键字（在每个关键字前面使用“$”，并且关键字本身全部大写）。
| 关键字 | 显示内容 |
|---|---|
$ADDRESS | 当前指令 |
$CALLER | 调用函数名 |
$CALLSTACK | 调用堆栈 |
$FUNCTION | 当前函数名 |
$PID | 进程 ID |
$PNAME | 进程名 |
$TID | 线程 ID |
$TNAME | 线程名 |
$TICK | 滴答计数（来自 Windows GetTickCount） |
1.7 设置函数断点
-
设置方式：
-
方法1：【调试】【新建断点】【函数断点】；
-
方法2：打开【断点】窗口，点击【新建】【函数断点】；
-
方法3：使用快捷键打开函数断点设置窗口。
-
-
打开函数断点设置窗口后如下图所示；
-
语法：
fun/fun()：全局作用域下名为fun()的函数；fun(int)：全局作用域下fun(int)重载函数；Test::fun：Test作用域下的fun函数，可能是Test成员函数，也可能是Test命名空间函数；App1.dll!MethodA：使用“!”符号指定模块；{MethodA, , App1.dll}+2：使用本机 C++ 中的上下文运算符。{function, , [module]} [+<line offset from start of method>]；
1.8 设置异常断点
-
设置方法：
- 方法1：【调试】【窗口】【异常设置】；
- 方法2：快捷键
Ctrl + Alt + E；
-
如下图所示，勾选对应的异常类型后，当出现相同异常时会在异常出现位置中断。
-
如下图所示，fun()函数抛出异常，如果异常没被捕获则会中断，如果异常被捕获了则默认不会中断，当勾选上对应的异常类型后，抛出异常时会中断。
1.9 保存断点到文件
-
如下图所示，可将所有断点保存到xml文件中，在需要使用时从文件中加载断点；
1.10 启用/禁用断点
- 方法1：在断点位置鼠标右键，选择【启用/禁用断点】；
- 方法2：【调试】【窗口】【断点】打开断点管理窗口，每个断点前由一个复选框，勾选复选框就启用断点，取消勾选就禁用断点，或者通过工具栏可禁用/启用所有断点；
4、VS Code
1.1 设置断点
-
方法1：鼠标选中行，按F9键可创建/删除断点；
-
方法2：鼠标在代码行左侧点击可创建/删除断点；
-
方法3：鼠标选中行，【运行】【切换断点】或【新建断点】。
1.2 设置函数断点
设置方法：
- 方法1：【运行】【新建断点】【函数断点】；
- 方法2：在【调试和运行】窗口【断点】栏，点击
+添加函数断点；
VS Code可配置不同的编译器，而不同编译器对应的调试工具支持的函数断点语法也存在一些差异。
MSVC编译器
- 语法：
fun/fun()：全局作用域下名为fun()的函数；fun(int)：全局作用域下fun(int)重载函数；A::fun：A作用域下的fun函数，可能是A的成员函数，也可能是A命名空间函数；App1.dll!MethodA：使用“!”符号指定模块；{MethodA, , App1.dll}+2：使用本机 C++ 中的上下文运算符。{function, , [module]} [+<line offset from start of method>]；
MinGW/GCC编译器
- 语法：
fun：所有名称为fun的函数，包括全局函数、成员函数、命名空间函数、重载函数等；fun()：名为fun()的全局函数；A::fun：A作用域下的所有名为fun的函数，可能是A的成员函数，也可能是A命名空间函数；file:fun：file文件中所有名为fun的函数；fun(int)：所有名为fun(int)的函数；A:fun(int)：A作用域下名为fun(int)的函数。- gdb还支持通过
rbreak 正则表达式设置函数断点；
1.3 条件断点
设置方法：
- 方法1：鼠标选择行，【运行】【新建断点】【条件断点】，下拉框选择表达式，输入表达式后按回车键生效；
- 方法2：在代码行左侧点击创建断点，鼠标右键【编辑断点】，下拉框选择表达式，输入表达式后按回车键生效；
1.4 命中次数
设置方法：
- 方法1：鼠标选择行，【运行】【新建断点】【条件断点】，下拉框选择命中次数，输入表达式后按回车键生效；
- 方法2：在代码行左侧点击创建断点，鼠标右键【编辑断点】，下拉框选择命中次数，输入表达式后按回车键生效；
1.5 日志消息断点
设置方法：
- 方法1：鼠标选择行，【运行】【新建断点】【记录点】，下拉框选择日志消息，输入需要打印的内容后按回车键生效；
- 方法2：在代码行左侧点击创建断点，鼠标右键【编辑断点】，下拉框选择日志消息，输入需要打印的内容后按回车键生效；
语法：
- 在消息框中键入要输出的字符串（无需引号）。 如果要显示变量的值，请确保将其括在大括号中。例如，如果要在输出控制台中显示
counter变量的值，请在消息文本框中键入{counter}。 - 此外，还可以使用特殊关键字来显示更多特定信息。 完全按照以下所示输入关键字（在每个关键字前面使用“$”，并且关键字本身全部大写）。
- 下列关键字cdb全部支持，gdb支持部分。
| 关键字 | 显示内容 |
|---|---|
$ADDRESS | 当前指令 |
$CALLER | 调用函数名 |
$CALLSTACK | 调用堆栈 |
$FUNCTION | 当前函数名 |
$PID | 进程 ID |
$PNAME | 进程名 |
$TID | 线程 ID |
$TNAME | 线程名 |
$TICK | 滴答计数（来自 Windows GetTickCount） |
1.6 等待断点
- 如下图所示，设置一个条件断点，条件为
a > 5； - 设置一个等待断点，选择等待之前设置的条件断点；
- 当条件断点触发后，等待断点启动，命中等待断点后中断；
- 如果条件断点未触发，则等待断点不生效，命中后不会中断。
1.7 异常断点
- 如果抛出的异常没有被捕获，则默认会中断；
- 如果抛出的异常被捕获，则默认不会中断，想要捕获后中断则需要设置异常断点；
设置方法：
- 在【调试和运行】窗口、【断点】栏，勾选【All Exceptions】；
- 默认为所有异常，如果想只监听指定异常，则点击右侧的画笔图标，填入需要监听的异常；
- VS Code使用MSVC编译器时支持设置异常断点，使用MinGW编译器时不支持异常断点；（我使用时MinGW无法中断）
- 可设置捕获所有异常或者捕获异常类型及其父类异常类型，例如抛出
std::out_of_range，可设置异常断点类型为std::out_of_range、std::exception。
1.8 禁用/启用断点
- 方法1：在断点位置鼠标右键，选择【启用/禁用断点】；
- 方法2：在【运行和调试】窗口【断点】栏，每个断点前由一个复选框，勾选复选框就启用断点，取消勾选就禁用断点，或者通过工具栏可禁用/启用所有断点；
- 方法3：【运行】【启用/禁用所有断点】。
5、Qt Creator
注意： 调试程序尽量使用高版本的Qt Creator，Qt Creator调试功能做得并不是很好，复杂的调试可能会出现卡死、性能第、异常退出等情况；
1.1 断点管理
- 点击窗口右下角【视图(V)】按键打开视图管理菜单；
- 或者在菜单栏选择【视图(V)】【视图(V)】打开视图管理菜单；
- 勾选【 Breakpoint Preset】打开断点管理窗口；
1.2 调试视图管理
- 按F5快捷键开始调试；
- 或者点击窗口左下角
图标开始调试； - 启动调试后点击窗口右下角【视图(V)】按键打开视图管理菜单，可选择打开各项调试需要的视图窗口；
- 或者在菜单栏选择【视图(V)】【视图(V)】打开视图管理菜单；
1.3 添加断点窗口
- 在断点位置鼠标右键打开菜单，选择【编辑断点】；
- 或者在断点管理窗口【 Breakpoint Preset】双击打开【添加断点】窗口；
- 如下图所示，断点类型很多，但常用的不多，大部分断点类型日常用不到。
1.4 启用/禁用断点
-
在断点位置，鼠标右键选择【启用/禁用断点】；
-
在断点管理窗口选中断点，右键选择【启用/禁用断点】；
1.5 函数断点
- 如下图所示，打开【添加断点】窗口，断点类型选择【函数名】；
- 在【函数】栏输入函数名称
fun，为所有名为fun的函数打断点。
1.6 异常断点
- 使用
throw抛出异常，并且异常未被捕获处理时默认情况下会导致程序终止； - 使用
throw抛出异常后，异常被捕获则不会触发中断； - 打开【添加断点】窗口，选择【break when C++ exception is thrown】，抛出异常并捕获异常后会在异常抛出位置
throw触发中断； - 打开【添加断点】窗口，选择【break when c++ exception is caught】，抛出异常并捕获异常后会在捕获异常
catch位置触发中断；
1.7 一次性断点
- 如下图所示，点击代码左侧创建一个普通断点，鼠标右键选择【编辑断点】，勾选【仅触发一次】；
- 然后运行程序，命中断点后触发中断，同时断点自动删除，后续不会再被触发；
- 除了普通断点外，其它类型断点都可被设置为一次性断点。
1.8 条件断点
- 如下图所示，创建一个普通断点；
- 鼠标右键选择【编辑断点】，在【新增断点】窗口中【条件】项中输入条件表达式
a == 10； - 运行程序后当变量a的值为10时命中断点，触发中断。
1.9 忽略次数
- 如下图所示，创建一个普通断点；
- 鼠标右键选择【编辑断点】，在【新增断点】窗口中【忽略次数】项中输入整数数值；
- 表示该断点命中n次后才会触发中断。
- 注意： 这个功能在QT5.14.2、Qt Creator10.0.2版本时MSVC执行正常，MinGW会忽略n次，再次运行后由忽略n次，然后才正常中断断点。
1.10 断点执行命令
- 如下图所示，创建一个普通断点，打开【编辑断点】窗口；
- 在【命令】栏输入gdb命令，每一行为一条命令；
- 在【视图】中勾选【Debugger Log】窗口；
- 运行程序，命中断点，触发中断后，在【Debugger Log】窗口中可看到gdb命令执行结果。
1.11 跟踪点
- 如下图所示，创建一个普通断点，打开【编辑断点】；
- 勾选【仅跟踪点】，在【消息(M)】栏中填入需要输出的消息；
- 确认后断点图标就会变成黑色；
- 程序运行后命中断点，不会触发中断，会在【Debugger Log】和【应用程序输出】栏打印消息；
- 注意： 这里跟踪点功能在MinGW时可使用部分关键字进行替换（例如
$PID），在MSVC时不能使用关键字。
6、参考
在 Visual Studio Code 中调试_Vscode中文网 (github.net.cn)
std::exception - cppreference.com
Breakpoints (Debugging with GDB) (sourceware.org)
在调试器中使用断点 - Visual Studio (Windows) | Microsoft Learn
使用跟踪点记录信息 - Visual Studio 2017 |Microsoft 学习
