【C++软件调试技术】C++软件开发维护过程中典型调试问题的解答与总结

最近在C++软件调试交流群中，很多人问了开发维护过程中遇到的多个调试问题，这两天正好有时间，对这些常见的问题进行一个梳理和解答。本文以问答的方式进行展开，罗列了C++软件日常开发和维护中遇到的多个软件调试问题及有代表性的场景，给出详细的处置思路和处理办法，以供大家借鉴和参考！希望大家在了解这些内容以后，能从容地应对开发维护过程中遇到的各种问题。

1、引发C++软件异常的常见原因有哪些？

引发C++软件异常的常见原因有：访问空指针与野指针、内存越界（栈内存越界、堆内存越界和全局内存越界）、内存访问违例、线程栈溢出、堆内存被破坏、内存泄露、死循环、多线程死锁、待格式化参数与格式化符号不匹配、库与库之间的不匹配等。

我之前根据多年的C++软件异常排查实践，对这些引发C++软件异常的常见原因进行了详细总结，可查看文章：

引发C++软件异常的常见原因分析与总结（实战经验分享）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/124996473了解这些常见原因之后，我们在排查问题时可能会快速找到可疑点和排查方向，能有限地提高我们排查问题的效率！

2、排查C++软件异常的常用方法有哪些？

了解引发C++软件异常的常见原因之后，我们还要掌握排查C++软件异常的常用手段与方法。

排查问题的常用方法有：使用常用工具去辅助分析（比如程序启动失败、启动报错、库加载失败、死循环与高CPU占用问题等）、使用IDE开发工具调试（Debug调试、Release调试和附加到进程调试）、添加打印日志、分块注释代码、数据断点监测内存、历史版本比对法、Windbg分析（静态分析dump文件、动态调试目标进程）、使用反汇编工具IDA查看汇编代码辅助分析等。

我之前根据多年的C++软件异常排查实践，对这些排查手段和方法进行了详细的总结，可查看文章：

排查C++软件异常的常见思路与方法（实战经验总结）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/120629327掌握这些排查软件异常的常用手段与方法之后，在遇到新的问题时我们的排查思路会更开阔、更高效，必要时需要将多种排查方法结合起来使用。

在这里，给大家重点推荐一下我的几个热门畅销专栏：

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C++软件调试与异常排查从入门到精通系列文章汇总https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931

本专栏根据近几年C++软件异常排查的项目实践，系统地总结了引发C++软件异常的常见原因以及排查C++软件异常的常用思路与方法，详细讲述了C++软件的调试方法与手段，以图文并茂的方式给出具体的实战问题分析实例，带领大家逐步掌握C++软件调试与异常排查的相关技术，适合基础进阶和想做技术提升的相关C++开发人员！

专栏中的文章均是通过项目实战总结出来的（通过项目实战积累了大量的异常排查素材和案例），有很强的实战参考价值！专栏文章还在持续更新中，预计文章篇数能更新到200篇以上！

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开源组件及数据库技术https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12458859.html

以多年的开发实战为基础，分享一些开源组件及数据库技术！

3、为什么要熟悉常见的异常内存地址？

一般我们只需要了解0xcccccccc、0xcdcdcdcd、0xfeeefeee和0xdddddddd这4个内存地址异常值：

当我们调试代码时遇到这些内存地址异常值后，可以大概知道是什么原因引起的，以这个为线索，就可以迅速地分析并定位问题。

对于0xcccccccc和0xcdcdcdcd，在 debug 模式下，Visual Studio会把未初始化的栈内存全部填充成0xcccccccc，当成字符串看就是"烫烫烫烫......"；Visual Studio会把未初始化的堆内存全部填充成 0xcdcdcdcd，当成字符串看就是 "屯屯屯屯......"。这两类特殊的字符串，很多人应该都见到过。所以在debug调试时遇到有变量的值为0xcccccccc 或0xcdcdcdcd，一般是变量没有初始化引起的。

对于0xfeeefeee，是Debug下用来标记堆上已经释放掉的内存，即已经释放的堆内存中会被填充成0xfeeefeee。注意，如果指针指向的内存被释放了，指针变量本身的地址是没做改变的，还是其之前指向的内存的地址，只是其指向的堆内存中被填充成0xfeeefeee。

对于0xdddddddd，是Debug下用来标记堆上已经释放掉的内存，即已经释放的堆内存会被填充成0xdddddddd。0xfeeefeee也是Debug下用来填充已经释放的堆内存，但0xdddddddd和0xfeeefeee的使用场景应该是有区别的，具体区别我也不太清楚。

之前在项目问题中看到的基本都是0xfeeefeee，没见到过0xdddddddd，但前段时间在Debug下调试代码时遇到了，代码中访问了已经释放的内存，内存中都被置为0xdddddddd，这还是第一次遇到0xdddddddd异常值！正是通过0xdddddddd的说明，得知这个0xdddddddd是用来填充已经释放的堆内存，以这个为线索，快速地定位了问题！

关于上述异常地址的详细说明，可以参见文章：

C++ 中常见异常内存地址的说明（0xcccccccc、0xcdcdcdcd、0xfeeefeee 和 0xdddddddd 等）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/128285918

4、调试时遇到调用IsBadReadPtr或者IsBadWritePtr引发的异常，该如何处理？

IsBadReadPtr和IsBadWritePtr最开始是为了判断内存地址是否是可读可写的，但这两个API函数已经被官方废弃了，已经不再具有最开始那种判断作用了，强烈建议大家不要再使用这两个API函数！

一些老的代码中可能还会调用IsBadReadPtr和IsBadWritePtr，比如我们项目中调用了一个第三方的dll库，这个库是好几年前的版本。我是怎么知道第三方库中调用了IsBadReadPtr和IsBadWritePtr函数的呢？看了我接下来说的内容就知道了！

当代码执行到IsBadReadPtr和IsBadWritePtr函数调用的地方会产生一个异常，如果当前正在调试代码，则会让调试器中断下来。比如我们在用Visual Studio调试代码或者正在使用Windbg动态调试程序，会让调试器Visual Studio或Windbg中断下来。

程序产生异常，如果在调试状态下，都会让调试器中断下来，怎么知道是调用IsBadReadPtr和IsBadWritePtr的呢？其实很简单，调试器中断下来后直接查看此时的函数调用堆栈就知道了，堆栈中能看到这两个函数的调用。

当我们使用Visual Studio或者Windbg调试时，代码执行到IsBadReadPtr和IsBadWritePtr调用处，会抛出一个异常，调试器中断下来，没有经验的人以为程序产生崩溃了，其实不然，这个异常是非致命性的，可以跳过去，程序还可以继续运行。

异常根据严重程度可分为致命性异常和非致命性异常。致命性异常是不可恢复的，会导致程序发生崩溃闪退。非致命性的异常，则是可以跳过去的，程序可以继续运行，不会导致程序的崩溃和闪退。

如果在用Visual Studio调试代码遇到这个异常中断，按下F5可以将异常中断跳过去。如果是在用Windbg调试目标进程，则输入命令g就可以将异常中断跳过去。注意，如果代码中多次调用了IsBadReadPtr和IsBadWritePtr，则需要多次跳过去。

之前我写过关于IsBadReadPtr和IsBadWritePtr相关案例的文章，需要的话，可以去查看：

使用Windbg排查C++程序调用IsBadReadPtr或IsBadWritePtr引发内存访问违例问题https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/129892952

5、如何排查GDI对象泄露问题？

所谓的GDI对象泄露，就是GDI对象使用完成后没有释放，导致泄露。在Windows系统中，一个进程的GDI对象总数为1万个，当进程的GDI对象总数接近或达到这个上限，则会导致GDI绘图失败，甚至引发程序崩溃。

GDI对象泄露在UI程序编程中经常遇到，如果存在GDI对象泄露，在Windows任务管理器中可以看到GDI对象总数在持续的上涨。但任务管理器中看不到具体是哪一种GDI对象在不断增长。可以使用GDIView工具，可以看到给类GDI对象的数目，这样就能看到具体是哪个对象在增长，这样结合代码的修改记录，就能很快定位泄露的地方了。

之前写过使用GDIView排查GDI对象泄露的分析实例，可以去查看文章：

使用GDIView工具排查GDI对象泄漏导致程序UI界面绘制异常的问题https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/128625868

6、如何排查内存泄露问题？

所谓的内存泄露就是动态申请的内存，在使用完后没有去释放，导致泄露。内存泄露在C++程序中比较常见。

对于大型项目，代码量比较大，业务复杂，内存泄露排查起来会比较费劲！有多个工具和方法去排查，比如可以使用Windbg中的umdh. exe工具、使用Windbg中的堆内存信息查看命令、使用Visual Leak Detector工具、甚至使用Visual Studio 2019开始集成的google出品的专用内存分析工具AddressSanitizer。此外像BounderCheck这种老的工具，若干年前就已经停止维护了，已经不支持新版本的Visual Studio了，也就没法使用了。

有时有的内存泄露问题，很难排查，用一个工具和方法分析不出来，可以多尝试几个工具和方法，直到分析出来为止！

使用Visual Leak Detector（简称VLD）排查内存泄露的案例文章：

使用Visual Leak Detector排查内存泄漏 https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/135472681 使用其他工具分析内存泄露的案例 ，可以查看内存泄露专栏中的文章：

C++内存泄漏排查专题https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12370029.html

7、如何排查死循环（高CPU占用）问题？

代码中发生了死循环，一直在执行循环体中的代码，会有一个典型的现象，进程的CPU占用会比较高。

为什么死循环会导致CPU占用高的问题呢？其实很好理解，因为代码一直在不停歇地执行循环体中代码，一直在占用CPU时间片，所以导致CPU占用高。其实是表现为进程中的某个线程占用的CPU高，因为死循环的代码是执行在某个线程中的，所以这个线程占用的CPU高。

这种死循环问题排查起来很简单，先用Process Explorer查看哪个线程占用CPU高。然后将Windbg附加到进程上，然后通过占用CPU高的那个线程的id，在windbg中切换到该线程中，输入kn命令查看该线程当前的函数调用堆栈，然后对照着代码就能确定发生死循环的代码位置了。在Process Explorer中也可以查看函数调用堆栈，但看的不准确，并且有时要看相关变量的值去确定为什么发生死循环，这些只能在Windbg中查看，在Process Explorer中是查看不到的。

我之前写过使用Process Explorer和Windbg排查死循环的案例，可以查看文章：

使用Process Explorer/Process Hacker和Windbg高效排查软件高CPU占用问题https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/135822428

8、如何排查数据格式化时的崩溃问题？

一般我们在打印日志时需要将相关变量的值格式化到字符串中，然后将字符串打印出来。在格式化时，时常会用到遇到异常崩溃问题。

一种最简单的场景是，待格式化参数与对应的格式化符不匹配导致了异常。比如一个int类型的参数，却使用了%s的格式化符，比如：

cpp 复制代码

int i = 1;
char szBuf[256] = { 0 };
sprintf( szBuf, "%s", i );

格式化函数内部会去解析出设置的格式化符，然后到栈上传过来的对应位置的待格式化参数。格式化函数解析到%s，到栈上拿到对应的参数，然后把参数值与%s对应，即把参数值当成字符串首地址来处理，在此示例代码中，把参数i的值1，当成字符串首地址，即到 0x00000001地址的内存中把字符串读出来去格式化，而这个0x00000001地址值很小，属于64KB的小地址内存区（空指针地址内存区），这个区域的内存是禁止访问的，所以产生了内存违例，引发崩溃。

这种场景下问题排查很简单，只要看看格式化符与待格式化参数是否匹配即可发现问题。一般这类问题，可能是写代码时手误，讲格式化符号用错了。

还有一类场景隐藏的比较深，本质上也是格式化符与待格式化参数类型不匹配的问题。比如一个int64的参数，却使用了32位整型对应的%d，导致格式化函数内部再从栈上取对应位置的数据（传入被调用函数的参数是压到栈上传递过来的）时取的数据长度有问题，导致格式化符取数据错位问题，可能会引发崩溃。这类问题一般很难一眼看出来，之前我就帮同事排查过一个类似的问题，详细分析排查过程可以见文章：

UINT64整型数据在格式化时使用了不匹配的格式化符%d导致其他参数无法打印的问题排查https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/132549186

9、如何排查堆内存被破坏问题？

堆内存被越界破坏，是最难查的一类内存问题。当堆内存被破坏时，程序会到处"乱崩溃"，一会崩溃在这里，一会崩溃在那里，有时崩溃在new一个对象或一段内存地方，有时崩溃在delete对象或内存地方。

为啥会出现胡乱崩溃的问题呢？因为越界将堆内存头部或尾部区域给篡改了，而系统管理堆内存就是通过头部和尾部的信息来管理的，一旦被篡改，导致堆内存管理出问题，导致后续申请或释放堆内存产生异常。

堆内存被破坏，排查起来比较困难，Windows平台上没有专用的内存检测工具，只能通过注释代码逐步缩小排查范围去查。而Linux平台上则有专用的内存检测工具Valgrind和AddressSanitizer。好在Visual Studio 2019 19.6以后的版本引入了google的AddressSanitizer，大家后面遇到问题可以试用一下。因为我们项目组从上到下统一使用的是Visual Studio 2017，所以不能使用。

以前项目中遇到一个内存越界篡改堆内存头信息导致delete去释放堆内存时产生了异常，相关文章如下：

C++堆内存错误：C运行时库检测到向堆内存头部写入了内容https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/121800292

10、如何排查线程堵塞或卡死问题？

一般线程堵塞或卡死可能是两个原因导致的，一个是多线程之间发生了死锁，一个是线程中发生了死循环。一旦线程发生堵塞，线程相关的业务没法顺利执行，导致软件业务出现异常。

对于死循环问题的排查，上面已经讲过了。对于多线程死锁，如果是临界区死锁，也可以在Windbg中查看发生死锁的临界区锁信息，可以快速地定位。如果是非临界区锁，排查起来比较麻烦，可以将所有线程的函数调用堆栈都打印出来，然后结合代码，判断出哪个线程发生了死锁。一般添加打印日志，也能辅助定位死锁发生的位置。

对于使用Windbg分析临界区死锁问题，可以查看我以前写的文章：

使用Windbg分析多线程临界区死锁问题分享https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/128532743

11、如何排查程序中的资源泄露问题？

程序中的GDI对象泄露、内存泄露和句柄泄露，都属于资源泄露。GDI对象泄露和内存泄露比较常见，我上面已经详细的讲解了。对于句柄泄露，我们在项目中遇到过，代码中频繁创建线程，任务很快执行完线程退出，但没有关闭线程句柄，导致后续创建线程失败，业务出现异常。

对于资源泄露，之前写了专题文章，可以查看：

深入探究 C++ 程序中的资源泄漏问题https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/133631728

12、如何排查第三方库注入引发的异常问题？

有些第三方程序（比如输入法和安全软件）会有模块注入到我们的程序进程中，可能会导致我们的程序出现异常。我们在项目中遇到过几次。

对于输入法注入，输入法之所以能支持在所有程序中输入文字，是因为他有专门的注入模块，会注入到所有的进程中。到这种注入可能会引发异常，比如会导致软件时不时的卡顿，导致软件发生死锁，我们在项目中遇到过。对于死锁，我们在Windbg显示的发生死锁的那个线程的函数调用堆栈中看到了输入法的模块，正因为输入法接口调用触发的！

对于第三方安全软件注入，第三方安全软件就是通过注入到进程中对进程进行监控的。如果注入模块发生内存泄露或者崩溃，会直接影响到我们的软件进程，因为它位于我们的进程空间中！这个我们在项目中都遇到过，相关文章可以查看：

第三方模块远程注入到软件中引发软件异常的若干实战案例分享https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/134545223

13、如何排查库与库之间不匹配问题？

库与库之间的不匹配，一般是两个库的版本不一致。可以从头文件的角度去看（底层发布库到我们的软件中），比如只更新了API头文件但库没更新库文件，再比如只更新了库文件却没有更新API头文件。API头文件中可能有相关结构体的定义，比如新版本中修改了结构体成员（删除或新增了成员），库的版本不匹配也可能会出问题。

比如A库依赖B库，A库中调用了B库的接口，A库编译时用到B库的API头文件b. h。编译A库时，因为调用 B库的接口，所以要依赖B库的API头文件b. h。而B库本身编译时，一会依赖其API头文件b. h。如果A库使用的B库与B库的头文件b. h版本不一致，也可能会出问题，编译可能没问题，但运行时可能会出问题。

当软件出现崩溃时，分析函数调用堆栈时也看不出问题，这时可能是库与库不匹配导致的。根据函数调用堆栈中模块，查看这些模块及头文件在svn上的发布记录（假设库是底层模块开发组打不过来的），并与模块的维护人员确认是否是库的版本问题。

14、如何排查程序启动异常（启动报错、崩溃、卡死）问题？

程序启动时，系统会先把exe程序依赖的所有dll库加载到程序的进程空间中，最后才会进入exe主程序的main函数，程序才能运行起来。

如果依赖的库，在电脑系统中找不到，则程序启动时会报缺少库的提示，一般是因为程序打包（生成安装包）忘记把缺少的库打包进安装包导致的。把缺少的库打包进去即可。

如果程序调用的接口在对应的库找不到，程序启动时会报在某个库找不到接口（可能接口名称边了，也可能是接口参数变了），此时可以用Dependency Walker打开exe主程序文件，看看具体是哪个模块调用了这个接口，确认一下是主调模块有问题，还是被调模块有问题。

如果是启动过程中发生崩溃，可能是加载某个库时库的初始化代码有问题引发的，程序发生崩溃闪退。这时没有机会将Windbg附加到进程上去分析，因为程序已经崩溃闪退了。此时可以使用Windbg将程序启动起来，一旦程序发生崩溃，Windbg就会感知到，就会中断下来，就可以去分析了。

《C++软件调试与异常排查从入门到精通》专栏中有专门的章节讲述程序启动异常排查的专题，感兴趣的朋友可以去查看：

C++软件调试与异常排查从入门到精通系列文章汇总https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931

15、使用Windbg分析软件异常有哪些方式？

Windbg排查软件异常主要有两种方式，即静态分析dump和动态调试目标进程。当我们有dump文件时，则使用静态分析dump文件的方式。如果没有生成dump文件（可能没捕获到异常），或者从现有的dump文件中分析不出问题时，可以将Windbg附加到目标进程上进行动态调试。

使用Windbg静态分析dump文件的一般步骤，见文章：

使用Windbg静态分析dump文件的一般步骤详解https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/135484682 使用Windbg动态调试目标进程的一般步骤，见文章：

使用Windbg动态调试目标进程的一般步骤详解https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/135484906

16、为什么有的异常捕获不到？

应该是程序中只是简单使用API函数SetUnhandleExceptFilter设置异常回调函数去捕获异常，但这种做法是与线程关联的，需要每个线程都设置回调。只在上层模块中调用设置，只作用所在的线程中的，一般无法捕获其他线程中的异常。而进程中包含了多个模块多个线程，所以其他线程中的异常捕获不到。所以会遇到很多时候捕获不到异常的问题。

只是简单地调用SetUnhandleExceptFilter设置异常回调去捕获异常，是远远不够的！一般我们使用开源的异常捕获库去捕获异常，比如CrashRpt、BreadPad和CrashPad。

17、常用的开源异常捕获库有哪些？

常见的开源捕获库CrashRpt、BreadPad和CrashPad。其中CrashRpt是Google早期开源的，但通过项目实战发现该库有些时捕获不到发生的异常，才看代码研究其实现机制发现，她是通过将加载模块导入表中创建线程的CreateThread函数hook成自定义的函数，在该函数中给当前线程设置异常回调函数去实现该线程的异常捕获。但只对在异常捕获模块之前加载的模块进行hook，后加载到进程空间中的模块没有hook，所以后加载模块如果发生异常，是捕获不到的。

后来我们使用了微软开源的detours项目对CrashRpt进行改进，有效地提高了捕获异常的几率。BreadPad是Google开源的Chrome浏览器中的异常捕获模块，最新版本浏览器中已经改为CrashPad。CrashPad默认是支持Windows的，如果用在linux中，则需要使用Linux版本。

18、异常捕获库捕获不到异常时，该怎么办？

大家在实际项目中会发现，即使使用了开源的异常捕获库（或者经过升级改造的捕获库），有少部分异常还是捕获不到的。

对于捕获不到的异常，则只能将Windbg附加到目标进程上，和目标进程一起跑，一单进程发生异常，会投递给正在附加调试的Windbg，Windbg就会感知到异常并中断下来，就可以直接在Windbg中分析了。如果一时半会看不出来，可以使用. dump命令将异常上下文导出到dump文件中，事后再去静态分析。

在正在调试的Windbg中使用命令导出的dump文件，属于全dump文件，文件大小接近进程的虚拟内存的大小。Windbg动态调试相对于静态分析，可以多次go多次动态查看函数调用堆栈，还可以添加断点进行断点调试。

19、生成dump文件的方式有哪些？

生成dump文件的方式主要有三种。

最常用的方式是通过异常捕获库去自动生成，即异常捕获库捕获到了软件中发生的异常，自动调用系统API函数MiniDumpWriteDump将异常上下文信息保存到dump文件中。

也可以从Windows任务管理器中导出进程的dump文件。它用在什么场合下呢？比如程序发生异常弹出保存提示框，此时进程还在的，可以导出dump文件。再比如程序发生死循环或死锁时，进程还在的，也可以从任务管理器中导出dump文件。

还可以从正在调试的Windbg中使用. dump命令导出dump文件。比如我们在使用Windbg动态调试目标进程时，如果一时半会分析不出问题或者出问题的电脑别人还要用（我们不能长时间占用别人的电脑去分析问题），可以导出dump文件，然后事后去分析dump文件即可。

关于生成dump文件方式的详细说明，可以参见文章：

dump文件类型与dump文件生成方法详解https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/127991002

20、为什么要加载pdb文件？为什么要加载系统库的pdb文件？

pdb文件中包含函数及变量的符号信息，加载pdb后在函数调用堆栈中才能看到具体的函数名和代码行号。有时我们需要在Windbg中查看函数中相关变量的值，变量的值可能是关键线索，有pdb中的变量符号才能识别变量，才能看到变量的值。

pdb文件分软件业务模块的pdb文件和Windows系统库pdb文件。业务模块的pdb需要加载，有时为了搞清楚问题，也要加载系统库pdb的，加载后可以看到系统库中具体调用了哪些接口，可能能找到更为直接的线索。加载pdb后，可能能看到更多行的函数调用，更便于分析问题。

对于Windows系统库的pdb文件，不需要下载，微软提供了一个在线pdb符号服务器，只需要将这个在线地址设置给Windbg，Windbg在需要时会自动去下载。

此外，不仅仅Windbg会用到pdb文件，有些分析工具也会用到。比如Process Explorer/Process Hacker、Process Monitor，使用这些工具分析问题时有时需要看函数调用堆栈，需要pdb中的函数符号。再比如使用反汇编工具IDA查看二进制文件的汇编代码，也需要使用到二进制文件的pdb文件中的函数与变量符号。

关于pdb符号文件的详细说明，可以参见文章：

pdb符号文件详解https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125508858