C语言输出DEBUG调试信息的方法
2017-11-21 16:57
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问题提出
我们在调试程序时，输出调试信息(又称为”打桩”或者”插桩”)是一种普遍、有效的方法。我们输出的信息通常包括行号、函数名、程序变量等。
但是我们在程序BUG修复后，又会特别烦我们之间插入的哪些调试语句，客户是不会理解我们那些调试语句曾经又多少汗马功劳，而太多的调试语句也影响我们程序运行时输出的美观和清晰，于是很多情况下我们需要手动将那些调试语句注释掉或者删掉，这对于小项目来说，我们还可以忍受，但是对于大项目，如果我们还是手动删除，我们只能。。。。呵呵，这不是程序猿该干的事。。。
下面我们给出几种调试方式方便大家使用。
手工环境下BUG程序中的调试信息
/* debug.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//#define DEBUG
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n);
/* 主函数
* 输入一个n计算n的阶乘 */
int main(void)
{
int n;
long fac;
while(scanf("%d", &n) != EOF)
{
printf("%d! = %ld\n", n, Fac(n));
}
return EXIT_SUCCESS;
}
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n)
{
int i;
long fac;
for(i = 1; i <= n; i++)
{
fac *= i;
printf("调试信息 %d! = %ld\n", i, fac);/* 调试信息 */
}
return fac;
}12
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[/code]
这个程序是有BUG的，在程序第40行，变量fac未初始化为1。
插入的调试信息
printf("%d! = %ld\n", i, fac);/* 调试信息 */1[/code]
在不需要时我们只能将此调试信息注释掉，这个是最原始，最人工的一种方式。
优势：
方便简单，易于操作，简单易读
缺点：
非常灵活，单一的调试信息会造成错误输出过于冗余
用预处理指令封装调试信息
通过预处理指令将调试信息封闭起来，如下#ifdef DEBUG
printf("%d! = %ld\n", i, fac);
#endif12
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[/code]
这样调试的信息只存在与插桩信息宏DEBUG的预处理指令下，如果需要打开调试信息就定义插桩信息宏DEBUG，否则就将插桩信息宏DEBUG注释掉（也可以undef或者删掉）。
这样我们的代码就变成
/* debug.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/* 插桩信息宏 */
#define DEBUG /* 如果需要调试信息请使用该宏，如果想取消调试信息，请注释掉或者*/
//#undef DEBUG /* 取消插桩信息宏DEBUG */
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n);
/* 主函数
* 输入一个n计算n的阶乘 */
int main(void)
{
int n;
long fac;
while(scanf("%d", &n) != EOF)
{
printf("%d! = %ld\n", n, Fac(n));
}
return EXIT_SUCCESS;
}
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n)
{
int i;
long fac;
for(i = 1; i <= n; i++)
{
fac *= i;
#ifdef DEBUG
printf("调试信息 %d! = %ld\n", i, fac);
#endif
}
return fac;
}12
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[/code]
其实我们也可以不在代码中添加插桩信息宏DEBUG，gcc为我们提供了一个更简单的方法，那就是gcc -D编译选项
-DDEBUG 以字符串“1”定义 DEBUG 宏。 -DDEBUG=DEFN 以字符串“DEFN”定义 DEBUG 宏。1
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[/code]
因此我们可以直接
gcc -DDEBUG debug.c -o debug1
[/code]
优势：
方便简单，易于操作，简单易读
缺点：
①不灵活，单一的调试宏，对于小项目来说可以，但是对于大项目同样会造成错误输出过于冗余，在大项目中，为了增加灵活性，往往通过定义多个等级的DEBUG（如DEBUG1，DEBUG2，DEBUG3等）或者不同名称的DEBUG（如DEBUG_DATA，DEBUG_COMM，DEBUG_APP等），来为不同的模块，或者错误等级进行调试，但是也会引入其他一些更复杂的问题，如项目难以管理，难以整合等问题。
②每个调试信息都会被成对的预处理指令包含，造成项目代码的过度膨胀，延长预处理时间；同时也不利于代码的阅读。
预处理指令+自定义调试函数
通过预处理指令定义调试函数的不同实现
（编译阶段）能避免使用宏可能带来的副作用，而且方便日后定制debug信息的输出，特别方便维护和修改。我可以随时修改它，比如打印到网络服务器，本地文件，其他终端等，很方便的重定向。这是我最喜欢使用的方法。#ifdef DEBUG
static int DebugPrintf(const char *format, ...)
{
va_list argPtr;
int count;
va_start(argPtr, format); /* 获取可变参数列表 */
fflush(stdout); /* 强制刷新输出缓冲区 */
count = vfprintf(stderr, format, argPtr); /* 将信息输出到标准出错流设备 */
va_end(argPtr); /* 可变参数列表结束 */
}
#else
static inline int DebugPrintf(const char *format, ...)
{
}
#endif12
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[/code]
或者
static int DebugPrintf(const char *format, ...)
{
#ifdef DEBUG
va_list argPtr;
int count;
va_start(argPtr, format); /* 获取可变参数列表 */
fflush(stdout); /* 强制刷新输出缓冲区 */
count = vfprintf(stderr, format, argPtr); /* 将信息输出到标准出错流设备 */
va_end(argPtr); /* 可变参数列表结束 */
#else
/* 未定义插桩调试宏DEBUG，NOP空函数体 */
/*
do
{
}while(0);
*/
#endif
}12
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[/code]
这里我们依旧使用了插桩调试宏DEBUG，但是在宏定义和未定义的时候，分别定义了不同的DebugPrintf调试信息函数。这种方法的本质其实就是重写了一个我们自己的printf函数，在Glibc或者其他C运行库中，printf就是用vfprintf或者vprintf来实现的。
在定义了插桩调试宏DEBUG时，DebugPrintf被定义为一个向标准出错流输出信息的输出函数。但是在未定义插桩调试宏DEBUG时，DebugPrintf被定义为一个内联的空函数(当然也可以不使用内联，但是空函数为增加额外开销，C语言本身是不支持内联函数的，在C标准C99中C语言支持了内联函数)。
其中的空函数体不是很清晰，如果别人看我们代码的时候，可能会很疑惑为什么，我们可以加上注释或者采用如下代码代替
do
{
}while(0);12
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[/code]
这样我们同样通过插桩调试宏DEBUG的定义与否来实现调试信息的开启和关闭。
这样我们的程序就变为
//debugprintf.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//#define DEBUG
//#undef DEBUG
#ifdef DEBUG
#include <stdarg.h>
static int DebugPrintf(const char *format, ...)
{
va_list argPtr;
int count;
va_start(argPtr, format); /* 获取可变参数列表 */
fflush(stdout); /* 强制刷新输出缓冲区 */
count = vfprintf(stderr, format, argPtr); /* 将信息输出到标准出错流设备 */
va_end(argPtr); /* 可变参数列表结束 */
f530
}
#else
static inline int DebugPrintf(const char *format, ...)
{
}
#endif
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n);
/* 主函数
* 输入一个n计算n的阶乘 */
int main(void)
{
int n;
long fac;
while(scanf("%d", &n) != EOF)
{
printf("%d! = %ld\n", n, Fac(n));
}
return EXIT_SUCCESS;
}
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n)
{
int i;
long fac = 1;
for(i = 1; i <= n; i++)
{
fac *= i;
DebugPrintf("调试信息 %d! = %ld\n", i, fac);
}
return fac;
}12
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[/code]
定义调试函数并通过宏定义重定向调试函数
这种方式跟上一种方式有点区别，但是本质上是一样的，上面我们看到，我们通过插桩调试宏来控制调试函数的不同实现，未定义插桩信息宏时，调试函数被定义会空函数，但是这种方式有个缺点，就是会造成目标代码的膨胀。下面这种方式，我们首先实现一个调试函数，然后通过宏定义来指向
#include <stdarg.h>
static int MyDebugPrintf(const char *format, ...)
{
va_list argPtr;
int count;
va_start(argPtr, format); /* 获取可变参数列表 */
fflush(stdout); /* 强制刷新输出缓冲区 */
count = vfprintf(stderr, format, argPtr); /* 将信息输出到标准出错流设备 */
va_end(argPtr); /* 可变参数列表结束 */
}
#ifdef DEBUG /* 如果定义了插桩信息宏，就将调试信息指向调试函数 */
#define DebugPrintf MyDebugPrintf
#else /* 如果未定义插桩信息宏，那么就将调试信息指向空NOP */
#define DebugPrintf
#endif12
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[/code]
这样我们的程序变为
#include <stdio.h>1
#include <stdlib.h>
//#define DEBUG
//#undef DEBUG
#include <stdarg.h> static int MyDebugPrintf(const char *format, ...) { va_list argPtr; int count; va_start(argPtr, format); /* 获取可变参数列表 */ fflush(stdout); /* 强制刷新输出缓冲区 */ count = vfprintf(stderr, format, argPtr); /* 将信息输出到标准出错流设备 */ va_end(argPtr); /* 可变参数列表结束 */ } #ifdef DEBUG /* 如果定义了插桩信息宏，就将调试信息指向调试函数 */ #define DebugPrintf MyDebugPrintf #else /* 如果未定义插桩信息宏，那么就将调试信息指向空NOP */ #define DebugPrintf #endif
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n);
/* 主函数
* 输入一个n计算n的阶乘 */
int main(void)
{
int n;
long fac;
while(scanf("%d", &n) != EOF)
{
printf("%d! = %ld\n", n, Fac(n));
}
return EXIT_SUCCESS;
}
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n)
{
int i;
long fac = 1;
for(i = 1; i <= n; i++)
{
fac *= i;
DebugPrintf("调试信息 %d! = %ld\n", i, fac);
}
return fac;
}
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不定义调试函数而直接使用printf
前面的两种方法，我们都是用vfprintf或者vprintf自己重新实现了一个输出函数，但是我们要想了我们是否可以使用printf函数呢，当然可以了#ifdef DEBUG
#define DebugPrintf(format, arg...) \
printf(format, ## arg)
#else
#define DebugPrintf(format, arg...) do { } while (0)
#endif12
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[/code]
代码如下
#include <stdio.h>1
#include <stdlib.h>
//#define DEBUG
//#undef DEBUG
#ifdef DEBUG #define DebugPrintf(format, arg...) \ printf(format, ## arg) #else #define DebugPrintf(format, arg...) do { } while (0) #endif
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n);
/* 主函数
* 输入一个n计算n的阶乘 */
int main(void)
{
int n;
long fac;
while(scanf("%d", &n) != EOF)
{
printf("%d! = %ld\n", n, Fac(n));
}
return EXIT_SUCCESS;
}
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n)
{
int i;
long fac = 1;
for(i = 1; i <= n; i++)
{
fac *= i;
DebugPrintf("调试信息 %d! = %ld\n", i, fac);
}
return fac;
}
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[/code]
使用全局变量（不推荐）
这种方式其实就是将原来定义的调试信息宏DEBUG更换未全局变量isDebugstatic int isDebug = 0;
#define DebugPrintf(format, arg...) \
do
{ \
if (isDebug) \
printf(format , ## arg); \
} while (0)12
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[/code]
带调试等级的插桩调试信息
前面的方法，如果进行调试或者取消调试，都需要重新编译，这样我们就可以使用调试等级来确定。我们可以根据调试信息的细节程度，将调试信息分成不同的等级。调试信息的等级必须大于0，若调试信息细节程度越高，则等级越高。在输出调试信息时，若调试等级高于调试信息等级才输出调试信息，否则忽略该调试信息，如程序5。当调试等级为0时，则不输出任何调试信息。
下面我们以通过预处理指令定义调试函数的不同实现为例子，说明以下带调试等级的插桩调试信息
//debugprintf.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
static int debugLevel = 0;
#include <stdarg.h>
static int DebugPrintf(const char *format, ...)
{
if (debugLevel >= 1)
{
va_list argPtr;
int count;
va_start(argPtr, format); /* 获取可变参数列表 */
fflush(stdout); /* 强制刷新输出缓冲区 */
count = vfprintf(stderr, format, argPtr); /* 将信息输出到标准出错流设备 */
va_end(argPtr); /* 可变参数列表结束 */
}
}
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n);
/* 主函数
* 输入一个n计算n的阶乘 */
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc < 2)
{
debugLevel = 0;
}
else
{
debugLevel = atoi(argv[1]);
}
int n;
long fac;
while(scanf("%d", &n) != EOF)
{
printf("%d! = %ld\n", n, Fac(n));
}
return EXIT_SUCCESS;
}
/* 计算n的阶乘n! */
long Fac(int n)
{
int i;
long fac = 1;
for(i = 1; i <= n; i++)
{
fac *= i;
DebugPrintf("调试信息 %d! = %ld\n", i, fac);
}
return fac;
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