[windows] debug、release版本中的new,两种模式区别
今天面试的时候,被问到了一个问题:
release版本下new了一个对象A, 将A传入debug版本库,发生错误?可能的原因是什么呢?
debug模式下:
1: // debug模式下的new
2: #define new DEBUG_NEW
3:
4: // DEBUG_NEW如下
5: #define DEBUG_NEW new(THIS_FILE, __LINE__)
6:
7: // 对于如上的new,编译器会寻找如下定义的operator new
8: void* AFX_CDECL operator new(size_t nSize, LPCSTR lpszFileName, int nLine) {
9: return ::operator new(nSize, _NORMAL_BLOCK, lpszFileName, nLine);
10: }
11:
12: // ::operator new的定义如下
13: void* __cdecl operator new(size_t nSize, int nType, LPCSTR lpszFileName, int nLine) {
14: …
15: pResult = _malloc_dbg(nSize, nType, lpszFileName, nLine); // 实际的内存分配
16: if (pResult != NULL)
17: return pResult;
18: …
19: }
20:
release模式下:
1: // release模式下的new
2: #define new DEBUG_NEW
3:
4: // DEBUG_NEW扩展如下
5: #define DEBUG_NEW new
6:
7: // 调用的new版本为
8: void* __cdecl operator new(size_t nSize) {
9: …
10: pResult = malloc(nSize); //实际的内存分配
11: return pResult ;
12: }
当然相应的delete操作也是不同的。很明显，在debug模式与release模式下的new最终的动作是不同的，在debug模式下申请数据的时候会有一些追踪信息，文件名，行数等等，也就是说在进行内存申请的时候实际分配的内存比申请的内存要大。如果在release模式下申请的对象,传入debug版本的库中,如果在debug版本的库中调用了delete操作，可能会发生错误。
这个问题的回答其实很大程度上依赖于实际代码经验吧,其实回来想了想,自己一时还真说不清楚debug和release模式的区别,在这里总结一下:
Debug版本包括调试信息，所以要比Release版本大很多(可能大数百K至数M)。至于是否需要DLL支持，主要看你采用的编译选项。如果是基于ATL的，则Debug和Release版本对DLL的要求差不多。如果采用的编译选项为使用MFC动态库，则需要MFC42D.DLL等库支持，而Release版本需要MFC42.DLL支持。Release Build不对源代码进行调试，不考虑MFC的诊断宏，使用的是MFC Release库，编译时对应用程序的速度进行优化，而Debug Build则正好相反，它允许对源代码进行调试，可以定义和使用MFC的诊断宏，采用MFC Debug库，对速度没有优化。反而加入了很多的调试信息.
1. Debug和Release版本的本质区别
Debug版本通常称为调试版本，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版本称为发布版本，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。
在VC编译器中, Debug版本和Release版本的真正秘密，在于一组编译选项。下面列出了分别针对二者的一些主要选项。
Debug版本:
| MDd、/MLd或/MTd | 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版本和Release版本并没有本质的界限, 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。
2. 哪些情况下Release版会出错
1). Runtime Library 问题
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). 优化问题
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:
A : 帧指针省略(Frame Pointer,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;
Relase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。
例如:
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)},
B: 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。
C: 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掉,此时数组越界会破坏栈中有用的数据。
例如:
1: void fn(void) {
2: int i;
3: i = 1;
4: int a[4];
5:
6: {
7: int j;
8: j = 1;
9: }
10:
11: a[-1] = 1; //当然错误不会这么明显，例如下标是变量
12: a[4] = 1;
13: }
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并无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 | _ASSERTE(booleanExpression);_ASSERT(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. 变量初始化
debug跟release在初始化变量时所做的操作是不同的，debug 是将每个字节位都赋成0xcc，而release的赋值近似于随机(我想是直接从内存中分配的，没有初始化过)。这样就明确了，如果你的程序中的某个变量没被初始化就被引用，就很有可能出现异常：用作控制变量将导致流程导向不一致；用作数组下标将会使程序崩溃；更加可能是造成其他变量的不准确而引起其他的错误。所以在声明变量后马上对其初始化一个默认的值是最简单有效的办法，否则项目大了你找都没地方找。
debug版初始化成0xcc是因为0xcc在x86下是一条int 3单步中断指令，这样程序如果跑飞了遇到0xcc就会停下来，这和单片机编程时一般将没用的代码空间填入jmp 0000语句是一样地。
5. MFC中自定义消息的消息参数
在自定义消息的函数体声明时，时常会看到这样的写法:
afx_msg LRESULT OnMessageOwn();
Debug情况下一般不会有任何问题，而当你在Release下且多线程或进程间使用了消息传递时就会导致无效句柄之类的错误。导致这个错误直接原因是消息体的参数没有添加，即应该写成:
afx_msg LRESULT OnMessageOwn(WPARAM wparam, LPARAM lparam);
6. release模式下不出错，但debug模式下报错
这种情况下大多也是因为代码书写不正确引起的，查看MFC的源码，可以发现好多ASSERT的语句(断言)，这个宏只是在debug模式下才有效，那么就清楚了，release版不报错是忽略了错误而不是没有错误，这可能存在很大的隐患，因为是Debug模式下，比较方便调试，好好的检查自己的代码，再此就不多说了。
常见的问题
1. 数据溢出的问题
1: char buffer[10];
2: int counter;
3: lstrcpy(buffer, "abcdefghik");
在debug版中buffer的NULL覆盖了counter的高位，但是除非counter>16M,什么问题也没有。但是在release版中，counter可能被放在寄存器中，这样NULL就覆盖了buffer下面的空间，可能就是函数的返回地址，这将导致ACCESS ERROR。
2. DEBUG版和RELEASE版的内存分配方式是不同的
如果你在DEBUG版中申请ele为 6*sizeof(DWORD)=24bytes,实际上分配给你的是32bytes（debug版以32bytes为单位分配），而在release 版，分配给你的就是24bytes（release版以8bytes为单位), 所以在debug版中如果你写ele[6],可能不会有什么问题，而在release版中，就有ACCESS VIOLATE。
3. ASSERT在Release版本中是不会被编译的
ASSERT宏是这样定义的
1: #ifdef _DEBUG
2: #define ASSERT(x) if( (x) == 0) report_assert_failure()
3: #else
4: #define ASSERT(x)
5: #endif
实际上复杂一些，但无关紧要。
1: ASSERT(pNewObj = new CMyClass);
2: pNewObj->MyFunction();
这种时候Release版本中的pNewObj不会分配到空间.所以执行到下一个语句的时候程序会报该程序执行了非法操作的错误。这时可以用VERIFY ：
1: #ifdef _DEBUG
2: #define VERIFY(x) if( (x) == 0) report_assert_failure()
3: #else
4: #define VERIFY(x) (x)
5: #endif
这样的话，代码在release版中就可以执行了。
