关于VC代码的编写和调试(二)_VC技术_C语言教程

在VC程序中使用调试语句

   为了更好地对程序调试，可以使用如下方法：使用断言、使用跟踪语句、使用异常和返回值。

一、断言

1、基本概念

       断言是一种让错误在运行时候自我暴露的简单有效实用的技术。它们帮助你较早较轻易地发现错误，使得整个调试过程效率更高。

       断言是布尔调试语句，用来检测在程序正常运行的时候某一个条件的值是否总为真，它能让错误在运行时刻暴露在程序员面前。使用断言的最大好处在于，能在更解决错误的发源地的地方发现错误。断言具有以下特征：

       .断言是用来发现运行时刻错误的，发现的错误是关于程序实现方面的。

       .断言中的布尔表达式显示的是某个对象或者状态的有效性而不是正确性。

       .断言在条件编译后只存在于调试版本中，而不是发布版本里。

       .断言不能包含程序代码。

       .断言是为了给程序员而不是用户提供信息。

       使用断言最根本的好处是自动发现许多运行时产生的错误，但断言不能发现所有错误。断言检查的是程序的有效性而不是正确性，可通过断言把错误限制在一个有限的范围内。当断言为假，激活调试器显示出错代码时，可用Call Stack命令，通过检查栈里的调用上下文、少量相关参数的值以及输出窗口中Debug表的内容，通常能检查出导致断言失败的原因。_ASSERTE宏(属于C运行时间库)还能在断言失败时显示出失效断言。下面我们讨论一下MFC库中的断言。

2、MFC库中的断言

(1) ASSERT(布尔表达式)

用MFC时最好选择ASSERT宏，它的优点是即使出现了WM_QUIT消息也能显示断言失效消息框。

(2) VERIFY(布尔表达式)

       VERIFY宏中的布尔表达式在发布版本中被保留下来。VERIFY宏简化了对函数返回值的检查，一般用来检查Windows API的返回值。由于VERIFY宏里的布尔表达式在发布版本里保留了下来，因此最好尽量不要使用这个宏以实现程序代码和调试代码的完全分离。

(3 )ASSERT_VALID(指向CObject派生类对象的指针)

       ASSERT_VALID宏通过调用重载的AssertValid函数来确定指向CObject派生类对象的指针是否有效。无论你什么时候从CObject派生类中得到一个对象，在对这个对象做任何操作之前都应该调用ASSERT_VALID宏。

(4) ASSERT_KINDOF(类名, 指向CObject派生类对象的指针)

       这个宏用来验证指向CObject派生类对象的指针是否从某个特殊类中派生，在调用它之前先调用ASSERT_VALID宏。只有在很特殊的场合下才用得到，如检测编译器可能错过的对象类型问题。

       此外，还有两个没有正式文件的ASSERT宏的变种：ASSERT_POINTER(指针,指针类型)，ASSERT_NULL_OR_POINTER(指针,指针类型)。

3、什么时候使用断言

       把断言看作一种简单的制造栅栏的方法，这种栅栏能使错误在穿过自己时暴露。

       .检查函数的输入

       .检查函数的输出

       .检查对象的当前状态

       .坚持逻辑变量的合理性和一致性

       .检查类中的不变量

       公有成员函数比私有和保护的成员函数需要更全面的断言。

       不正确地使用断言会导致错误。断言应该检测那些在程序正常运行的时候永远都不可能出现的状态。断言是用来揭示错误的，而不是用来纠正运行时刻错误的。

4、断言与防御性编程(Defensive Programming)

       断言在调试的时候向程序员揭示运行时刻错误（调试版本里），而防御性编程使用户在运行程序（发布版本里）时，当出现意外情况时程序仍能继续工作。实际上，防御性的编程要求程序在检测到意外时返回一个“安全”的值（比如布尔函数返回false，指针和句柄返回空值），一个错误代码或者抛出一个异常来解决问题。特定的防御性编程技术包括：处理无效函数参数和数据、出现问题的时候程序失败、检查临界函数返回的错误代码以及处理异常。需要防御性编程的标准问题包括：错误的输入数据、内存或者硬盘空间不够、不能打开一个文件、外部设备不能访问、网络连接不上或者甚至在程序中还有错误，目的是保持程序的运行状态。如果你的程序是防御性的，别忘了使用断言。如果你使用断言，也别忘了防御性编程。这两种技术最好结合在一起使用。

二、跟踪语句

1、基本概念

       跟踪语句(trace statements)可使程序执行，并使程序员可对可变值进行查看。它们提供了一个用于观察的程序，并且独立于一个交互式的调试器，但是最具有特色的是它们常用于对调试器提供的信息进行补充。在VC中，跟踪消息通常输出到输出窗口中的Debug标签，也可以重新输出到一个文件中。跟踪语句的特性如下：

       .跟踪语句用于报告代码中重要的运行事件。

       .跟踪语句的编译通常是有条件的，并只存在于调试版本中，而在发布版本中不被编译。

       .跟踪语句不能包含程序代码或对程序代码有间接的影响作用。

       .跟踪语句的目的是向程序员提供信息，而不是向用户。

       跟踪语句也是调试语句，它可以执行程序，并且在运行中程序员可以查看变量。跟踪语句对于那些使用交互式调试器很难调试的程序是很有效的。

       跟踪语句和断言的区别如下：

       .跟踪语句是无条件的，断言是有条件的布尔语句。

       .跟踪语句用于显示程序执行和变量值，不直接显示bug，断言用于显示出bug。

       .跟踪语句将信息输出到调试窗口或文件中，可被随意地忽略，断言打断程序的执行。

2、MFC中的跟踪语句

       在MFC中，你可以使用TRACE和AfxOutputDebugString宏、CObject::Dump虚拟函数和AfxDumpStack函数。TRACE宏由AfxDump实现，AfxDump由AfxOutputDebugString实现。AfxOutputDebugString宏和AfxDumpStack函数可以在所有版本中编译，其他只能在调试版本中编译。

       （1）TRACE宏有以下形式：

       _TRACE(reportType,format);

       _TRACE0(reportType,format,arg1);

       _TRACE1(reportType,format,arg1,arg2);

       _TRACE2(reportType,format,arg1,arg2,arg3);

       _TRACE3(reportType,format,arg1,arg2,arg3,arg4);

       在MFC中，推荐使用TRACEn宏，当使用TRACE宏时需要使用_T宏来格式化参数以正确解决Unicode的校正，而TRACEn不需要。

       MFC TRACE宏中的一个缺点是AfxTrace函数使用一个512字符固定大小的缓冲区，这使得它在跟踪长字符串时是无用的。

       （2）CObject::Dump

       CObject类有一个转储(dump)虚拟函数，所有继承CObject的类都可以通过重载这个函数，输出它们的值。

3、Visual C++消息Pragma

       消息Pragma实际上是一个编译时的跟踪语句，你可以使用它来警告在预处理过程中发现的潜在的编连(build)问题。典型的例子：

       #if (WINVER>=0x0500)

       #pragma message (“NOTE:WINVER has been defined as 0x0500 or greater.”)

       #endif

       消息Pragma是非常有用的，尤其是在复杂编连中。然而，如果你要检测一种特定的问题，而不是潜在的问题，使用#error预处理来代替打断编译会更直接一些。

       每当你的程序中有错误而你想得到更多信息的时候，你应该去查看一下跟踪消息。由于VC输出窗口的缓冲区是有大小限制的，因此如果跟踪消息数据产生的速度超过输出窗口处理的速度，那么消息会塞满缓冲区，导致数据丢失。避免这个问题的简单方法是在输出大量数据的代码段如转储对象时，调用Sleep API函数。

三、异常

1、基本概念

       错误是一种条件，在这种条件下，如果不执行额外的处理，线程就不能正常地执行下去。异常是用于处理错误的。使用异常的一个很明显的好处就是它们通过发出错误信号，可以让程序代码和错误处理代码分开，而且不会让程序忽略错误，你不用不断地检查函数的返回值，因此它们将程序代码简单化。另一个好处是它们不需要严格的编程作风。

异常的基本特性：

       .异常是基于每个进程而提出并处理的。

       .异常不能被线程忽略，必须被处理。

       .未处理的异常会使进程结束，而不仅仅是结束线程。

       .异常出来在释放栈时会释放所有的栈对象，避免了资源的漏洞。

       .异常处理需要大量的额外操作，使得它不适于经常运行的代码。

       .可以抛出任何类型的异常对象，除了整数。

       如果正确执行，异常处理有下面的特性：

       .异常是不是正常的运行结果，是特殊情况。

       .异常在返回值无效的情况下使用。

       .异常是可靠的，不可能被忽略。

       .异常简化了错误处理，简化了程序代码，使错误处理更加方便。

       Visual C++的默认情况下，在调试版本中处理异常，而在发布版本中并不进行处理。由于异常也是错误，Windows异常码采用了同Windows错误码一样的位映射模式，为一个32位的值，这些码由Microsoft定义，任何异常码的最高四位总是1100（二进制），即十六进制里的0xC。

2、Windows结构异常和C++异常

Windows结构异常作为硬件异常（如访问非法或被零除）或操作系统异常的结果被抛出，C++异常只能由throw语句抛出。Windows结构异常处理不能处理对象的解析，因此你应该在C++程序中一直使用C++异常。然而，C++异常不能处理硬件和操作系统异常，你的程序需要将结构异常转化为C++异常。C++异常并不直接从你的程序代码中抛出而是从C++运行库中抛出，因此你需要调用栈窗口来返回你的代码。为了正确处理硬件和操作系统异常，你可以创建自己的异常类并使用_set_se_translator函数安装一个结构异常向C++异常的转化器，但不要捕获那些不能恢复所产生问题的转化后的结构异常。

3、MFC中的异常

在MFC中，所有的异常对象都是从CException基类（它有使用起来非常方便的GetErrorMessage和ReportError成员函数）中派生来的。大多数的MFC异常对象都是动态分配的，而且当它们被捕获时，必须被删除，而没有被捕获的MFC异常由MFC本身在AfxCallWndProc函数中捕获并删除。

4、异常的开销

       当抛出C++异常时，函数调用链将从此回溯搜索，寻找可以处理抛出这类异常的处理器。若没找到，进程结束。如果找到，调用栈将被释放，所有的自动（局部）变量也将释放，然后栈将被整理为异常处理器的上下文相关设备。因此异常开销由一个异常处理器目录和一个活动的自动变量表（它需要额外的代码、内存，而且不论异常是否抛出，都会运行），还得加上函数调用链的搜索、自动变量的解析和栈的调整（它只在抛出异常的时候需要执行）组成。

5、异常策略

(1)抛出时机

       抛出异常的时机应该是一个函数发现一个错误，如果没有一些特殊的操作，该错误能阻止程序正常的运行，而这种操作它自己不能完成，或是在函数不可能有返回值的时候。

       使用异常处理更简单，更可靠，更有效，可以创建更健壮的代码。然而，应该只在意外的情况下使用异常处理。如果你认为一个指针应该是空值，这种条件下就直接在代码中检查这个值，而不要使用异常。

(2)何时捕获

       对于这个问题，有一些可能的标准：

       .当函数知道如何处理这个异常时。

       .当这个函数可以合理地处理这个异常而高级的函数不知道如何处理时。

       .当抛出异常可能使进程崩溃时。

       .当函数可以继续执行它的任务时。

       .当需要整理分配好的资源时。

       异常处理的一个缺点是它可能导致资源的泄露。因此，防止资源泄露更应该是保持程序异常安全的一部分。栈释放时会自动整理局部变量，但不包括动态分配的变量。可以使用智能(smart)指针来保护你的代码在存在异常的情况下不会产生资源泄漏。

(3)怎样捕获

       .非MFC的C++异常应该通过引用来捕获。使用引用捕获异常不需要删除异常对象（因为使用引用捕获的异常会在栈中传送），而且它保留了多态性（因此你捕获的异常对象正是你抛出的异常对象）。

       .MFC异常应该通过指针来捕获。使用指针捕获异常需要你删除对象。因为它们通常从堆中分配，当你处理完异常之后，需要调用Delete成员函数来删除。你不可以使用省略捕获处理器捕获MFC异常，这会导致一个内存泄露。必须使用Delete成员函数删除MFC异常，而不用delete，因为一些MFC异常为静态对象创建。

       在释放栈的过程中抛出异常会导致进程的终止。释放栈涉及到调用析构函数，异常可以阻止调用delete操作符，这样会有资源泄漏，因此异常最好不要从析构函数中抛出。如果非要在析构函数里抛出异常，必须妥善处理，避免资源泄漏。

6、异常与防御性编程

       在异常发生时继续执行程序，远比执行一个正常的关闭动作要重要。如果可能，应该将精力集中在继续执行程序，并在必须的情况下才正常地关闭程序。可能最根本的正常关闭是一个在崩溃时可以重新启动自己的进程，这是Windows资源管理器使用的一种技术。

       如果一个与错误相关的C++异常是可预料的，如果它发生在非关键性的代码中，如果它不是发生在程序启动或结束过程中或一个不可恢复的结构异常的结果中，这个程序就可以从其中恢复。

       一旦你的程序可以从与错误相关的异常中恢复，应该先检查程序的状态和它的文档。如果程序和文档已经被破坏了，进程也应该终止运行。否则，程序需要通知客户机确定动作的过程。如果客户机同意执行下去，程序应该恢复错误并继续执行。

四、返回值

       并不是在所以场合下都能使用异常，如在使用Windows API编程或带有COM编程时并不使用异常。在异常不适合的时候，使用返回值是一个好的办法。

       返回值的基本特性：

       .返回值可以指示正常和不正常的函数运行，但不能阻止线程的继续运行。

       .返回值很容易被忽略。

       .返回值在典型情况下是一个整数，通常映射符合于一个预定义的值。

       .返回值能高效地传递和接收。

       因此，返回值最适合用于以下的情形：

       .用于非错误的状态信息

       .用于大多数情况下可以随意忽略而不会出问题的错误。

       .用于更易于出现在循环中的错误。

       .用于中间语言模块如COM组件中的错误。