## 查看和修改运行时的内存 在 Visual Studio 的调试过程中，有时候我们可能需要对程序的运行内存进行查看，修改该怎么办？Visual Studio 也为我们提供了很好的解决方案。那就是使用 Visual Studio 自带的内存查看窗口。 首先我们通过内存窗口查看变量的值，我们启动 Visual Studio，创建一个工程，输入如下代码： ```c #include int main() { int testNumber = 5678; printf("testNumber 的内存地址为 0x00%x \n", &testNumber); //输出内存地址 //TODO:在这里插入断点 return 0; } ``` 我们在第七行设置好断点，然后按 F5 启动调试，等待触发断点。触发断点后，我们发现，IDE中并没有显示内存窗口（默认设置下），这时，我们点击菜单 -> 调试(D) -> 窗口 (W) -> 内存 (M) -> 内存1(1)，就可以调出内存窗口了。 我们看到，内存窗口里面显示着一大堆乱七八糟的数据，这里面的这些就是我们内存中的数据啦，我们可以通过变量 testNumber 的内存地址跳转到器对应的内存空间。 我们看到，尽管我们已经输入了正确地地址，但是我们还是没有看到正确的数据显示，其实原因非常简单，我们来回顾一下 C 语言的一些入门知识：我们知道，在我们的源代码中，我们的 testNumber 变量被定义为 int 整形，我们再想想 int 整形在内存中占几个字节？没错，是4个字节。所以我们应该以四字节的形式格式化这些内存数据，这是我们在内存窗口中单击我们的鼠标右键，在弹出的菜单中选择“4字节整数(4)”，然后就能正确地显示相关的数据了。 怎么样，内存的查看与修改是不是很简单呢？其实我们只要记住下面的几个对应关系，常用的数值数据类型的内存查看与修改都不在话下： | 类型名 | 变量类型 | 内存查看窗口中应选择的数据格式 | | --------- | ------------------------ | ------------------------------ | | short | 16 位整形 | 2 字节整数 | | int | 32 位整形 | 4 字节整数 | | long | 32 位整形 | 4 字节整数 | | long long | 64 位整形 | 8 字节整数 | | float | 32 位(4字节)单精度浮点数 | 32 位浮点 | | double | 64 位(8字节)双精度浮点数 | 64 位浮点 | 我们在修改内存的时候要注意安全，防止随意修改导致的程序崩溃，甚至是无法结束进程！ ## 有条件断点的设置 在此之前，我们已经了解了无条件断点、跟踪点这两种断点，事实上在 Visual Studio 中还有几种常用的断点，在本节我们将一一为大家介绍。 大家有没有碰到这样的情况，在一个循环体中设置断点，假设有一千次循环，我们想在第五百次循环中设置断点，这该怎么办？反正设置断点不断按 F5 继续运行四百九十九次是不可能的。那该怎么办呢？其实我们的断点是可以设置各种各样的条件的，对于上述情况，我们可以对断点的命中次数做一个限制。 我们首先在 Visual Studio 中创建一个工程，并且输入如下代码： ```c #include int main(){ for(int i=0; i<=1000; i++){ //TODO:插入计次断点 printf("wang!\n"); } return 0; } ``` 首先，我们在第4行插入断点，分析代码，我们不难得出它会输出 1000 行“我真行！”，那么我们思考一下，在不修改代码的情况下，如何才能让他输出 499 行“我真行！”呢，其实很简单，我们只要在i 等于500的时候暂停程序，再将变量 i 的值修改为 1 即可，思路很简单，接下来我们就来实现这个命中条件的限制吧。 首先我们用鼠标右键单击第4行的断点图标，在弹出的菜单中选择 命中次数(H) ,接下来会弹出如下图的一个对话框，我们在中间的选择框中选择 “中断，条件是命中次数等于”，我们在右边的编辑框输入 500。我们点击确定，断点就设置到位了，接下来我们按 F5 运行调试。 我们看到，在输出四百九十九行“我真行！”后，程序进入了中断状态，这是我们注意到自动窗口中的变量 i 的值为 500，接下来我们把这个 i 的值改为 1，点击 继续(C) 继续程序的运行，这样程序就再输出了一千行“我真行！”，然后退出。没错，命中次数限制的使用就是这么简单。 我们再次用鼠标右键单击第4行的断点图标，在弹出的菜单中选择 命中次数(H) ，大家如果有兴趣的话，可以试试中间的选择框中其他的条件选项，使用方法基本一致，这里不再赘述。 接下来我们来了解一下断点触发条件的使用，在 Visual Studio 的调试器中，我们可以对断点设置断点触发条件，这个条件可以引用我们程序中的变量，比如我们程序中有两个变量 a、b ,我们的命中条件可以是 a == b 、 a >= b 、 a != b 甚至是 (a - b)*(a*2 - b) > 0 这样的复杂条件。 ## assert断言函数 在我们的实际开发过程之中，常常会出现一些隐藏得很深的BUG，或者是一些概率性发生的BUG，通常这些BUG在我们调试的过程中不会出现很明显的问题，但是如果我们将其发布，在用户的各种运行环境下，这些程序可能就会露出马脚了。那么，如何让我们的程序更明显的暴露出问题呢？这种情况下，我们一般都会使用 assert 断言函数，这是C语言标准库提供的一个函数，也就是说，它的使用与操作系统平台，调试器种类无关。我们只要学会了它的使用，便可一次使用，处处开花。 assert函数用法，这个函数在assert.h头文件中被定义，在微软的编译器中它的原型是 ```c #define assert(_Expression) (void)( (!!(_Expression)) || (_wassert(_CRT_WIDE(#_Expression), _CRT_WIDE(__FILE__), __LINE__), 0) ) ``` 我们看到 assert 在 cl 编译器中被包装成了一个宏，实际调用的函数是 _wassert ，不过在一些编译器中，assert 就是一个函数。为了避免这些编译器差异带来的麻烦，我们就统一将 assert 当成一个函数使用。 我们来了解一下 assert 函数的用法和运行机制，assert 函数的用法很简单，我们只要传入一个表达式即可，它会计算我们传入的表达式的结果，如果为真，则不会有任何操作，但是如果我们传入的表达式的计算结果为假，它就会像 stderr （标准错误输出）打印一条错误信息，然后调用 abort 函数直接终止程序的运行。 ```c #include #include #include int main() { printf("assert 函数测试: "); assert(true); assert(1 > 2); return 0; } ``` 按F5调试，我们看到,我们的输出窗口打印出了断言失败的信息，并且 Visual Studio 弹出了一个对话框询问我们是否继续执行。但是如果我们不绑定调试器，构建发布版程序，按 Ctrl + F5 直接运行呢?是的，这个 assert 语句就无效了，原因其实很简单，我们看看 assert.h 头文件中的这部分代码： ``` #ifdef NDEBUG #define assert(_Expression) ((void)0) #else /* NDEBUG */ ``` 我们看到，只要我们定义了 NDEBUG 宏，assert 就会失效，而 Visual Studio 的默认的发布版程序编译参数中定义了 NDEBUG 宏，所以我们不用额外定义，但是在其他编译器中，我们在发布程序的时候就必须在包含 assert.h 头文件前定义 NDEBUG 宏，避免 assert 生效，否则总是让用户看到“程序已经停止运行，正在寻找解决方案 . . .”的 Windows 系统对话框可就不妙了。 下面我们来了解一下 assert 的常用情境以及一些注意事项。举个C语言文件操作的例子： ```c #include #include #include int main(void) { FILE *fpoint; fpoint = fopen("存在的文件.txt", "w"); //以可读写的方式打开一个文件 //如果文件不存在就自动创建一个同名文件 assert(fpoint); //（第一次断言）所以这里断言成功 fclose(fpoint); fpoint = fopen("不存在的文件.txt", "r"); //以只读的方式打开一个文件，如果不存在就打开文件失败 assert(fpoint); //（第二次断言）所以断言失败 printf("文件打开成功"); //程序永远都执行不到这里来 fclose(fpoint); return 0; } ``` 阅读代码，我们可以知道，如果我们错误的设置了读写权限，或者没有考虑 Windows 7(或更高版本) 的 UAC(用户账户权限控制) 问题的话，我们的程序出现的问题就很容易在我们的测试中暴露出来。事实上，上面的代码也不是一定能通过第一次断言的，我们把构建生成的（Debug 模式的）可执行文件复制到我们的系统盘的 Program Files 文件夹再执行，那么 Win7 及以上的操作系统的UAC都会导致程序无法通过第一次断言的。所以在这种情况下我们就需要在必要的情况申请管理员权限避免程序BUG的发生。 在我们的实际使用过程中，我们需要注意一些使用 assert 的问题。首先我们看看下面的这个断言语句： ```c //... assert( c1 /*条件1*/ && c2 /*条件2*/ ); //... ``` 我们思考一下：如果我们的程序在这里断言失败了，我们如何知道是 c1 断言失败还是 c2 断言失败呢，答案是：没有办法。在这里我们应该遵循使用 assert 函数的第一个原则：每次断言只能检验一个条件，所以上面的代码应该改成这样: ```c //... assert(c1 /*条件1*/); assert(c2 /*条件2*/); //... ``` 这样，一旦出现问题，我们就可以通过行号知道是哪个条件断言失败了。 接下来我们来思考一个问题：我们可以使用 assert 语句代替我们的条件过滤语句么？我们来举个例子，我们写了一个视频格式转换器，我们本应输出标准MP4格式的视频，但是由于编码解码库的问题，我们在转换过程中出现了错误，像这种情况下，我们能否用 assert 代替掉我们的 if 语句呢（假设这里忽略了 Visual Studio 发布版程序编译过程中自动定义的 NDEBUG 宏）？很明显，这样做是不可以的。这是为什么呢？ 现在我们来区分一下程序中的错误与异常，所谓错误，是代码编写途中的缺陷导致的，是程序运行中可以用 if 语句检测出来的。而异常在我们的 C 语言中，一般也可以使用 if 语句判断，并进行对应的处理。而 assert 是用来判断我们程序中的代码级别的错误的。像用户输入错误，调用其他函数库错误，这些问题我们都是可以用 if 语句检测处理的。另一方面，使用 if 语句的程序对用户更友好。 下面我们通过代码展示使用 assert 的另外一个注意意事项，我们新建一个工程，输入如下代码: ```c #include #include int main(void) { int i = 0; for ( ; ; ) { assert(i++ <= 100); printf("我是第%d行\n",i); } return 0; } ``` 我们按 F5 运行调试器，我们会看到调试错误。这是正常的，我们按 Shift + F5 终止调试，接下来，我们切换一下编译模式到发布模式。接下来我们按 Ctrl+F5 不绑定调试器直接运行，我们看到了一个完全不相同的运行结果，这是为什么呢？其实原因很简单，我们注意这段代码。 ```c assert(i++ <= 100); ``` 我们的条件表达式为 i++ <= 100，这个表达式会更改我们的运行环境(变量i的值)，在发布版程序中，所有的 assert 语句都会失效，那么这条语句也就被忽略了，但是我们可以把它改为 i++ ; assert(i <= 100); ，这样程序就能正常运行了。所以请记住：不要使用会改变环境的语句作为断言函数的参数，这可能导致实际运行中出现问题。 最后，我们再来探讨一下，什么时候应该用 assert 语句？一个健壮的程序，都会有30%~50%的错误处理代码，几乎用不上 assert 断言函数，我们应该将 assert 用到那些极少发生的问题下，比如Object* pObject = new Object，返回空指针，这一般都是指针内存分配出错导致的，不是我们可以控制的。这时即使你使用了容错语句，后面的代码也不一定能够正常运行，所以我们也就只能停止运行报错了。