MS-VC 使用MAP檔案快速定位程式崩潰程式碼

程式員，平時最擔心見到的事情就是程式發生了崩潰，無論是指標越界還是非法操作，都將給我們的應用系統造成巨大的損失。但在一個大型系統的測試過程中，初期出現程式崩潰似乎成了不可避免的事。其實測試中出現程式崩潰並不可怕，反而是測試的成功。我們更為關心的是程式中的哪一行導致了系統崩潰，這樣我們才能有針對性的進行改正。
　　在VC中，我們可以利用出現程式崩潰時VC的自動跳轉，定位到出錯程式碼。但在大量的壓力測試時，尤其是多線程測試時，同時出現幾十個錯，這時VC本身的出錯跳轉往往會失靈。
　　在這裡我們介紹一種輔助尋找程式崩潰程式碼的好方法，它的核心就是利用編譯時間產生MAP檔案中的資訊來定位程式碼。
下面就開始我們的介紹。
　　首先我們必鬚生成程式的MAP檔案。那麼什麼是 MAP 檔案呢？簡單地講， MAP 檔案是程式的全域符號、源檔案和程式碼號資訊的唯一的文本表示方法，是整個程式工程資訊的靜態文本。它可以在任何地方、任何時候使用，不需要有額外的程式進行支援，僅僅通過一個文本閱讀工具如Ultra Edit就可以開啟了。而且，這是唯一能找出程式崩潰程式碼的救星。
　　那麼我們應該如何產生MAP檔案呢？在 VC 中，我們可以按下 Alt+F7，開啟“Project Settings”選項頁，選擇 C/C++ 選項卡，並在最下面的 Project Options 裡面輸入：/Zd ，然後要選擇 Link 選項卡，選中“Generate mapfile”複選框，並在最下面的 Project Options 裡面輸入：/mapinfo:lines，表示產生 MAP 檔案時，加入行資訊。最後按下 F7 來編譯產生 EXE 可執行檔和 MAP 檔案，此時可以在工程的Debug目錄下找到剛剛產生的MAP檔案，檔案名稱為“工程名.map”。
　　通過上面的步驟，已經得到了 MAP 檔案，那麼我們該如何利用它呢？讓我們從一個簡單的執行個體入手，一步一步示範使用MAP檔案定位程式崩潰行的過程。
首先假設我們的VC工程中有下面這個檔案：
#include

int crashtest(int a,int b)
{
int c;
c = a/b;
return c;
}

void main(void)
{
int a = 30;
int b = 0;
int ret;
printf("let's begin crash test.../n");
ret = crashtest(a,b);
}

很顯然本程式有“除0錯誤”，在 Debug 方式下編譯，運行時會產生“非法操作”。我們記錄下產生崩潰的地址——在我的機器上是 0x0040102f 。這個在不同的機器上可能地址不同，但記下這個地址我們下面將要使用。
我們開啟它的 MAP 檔案：（這裡列出我們比較關心的內容，其他的就略過了）

abort（工程名）

Timestamp is 3ef16533 (Thu Jun 19 15:24:35 2003)

Preferred load address is 00400000

Start　　　　Length　　　　Name　　　　　　　　Class
0001:00000000　0001081dH .text　　　　　　　　CODE
0002:00000000　000013baH .rdata 　　　　　　　DATA
0002:000013ba　00000000H .edata　　　　　　　　DATA
0003:00000000　00000104H .CRT$XCA　　　　　　　DATA
0003:00000104　00000104H .CRT$XCZ　　　　　　　DATA
0003:00000208　00000104H .CRT$XIA　　　　　　　DATA
0003:0000030c　00000109H .CRT$XIC　　　　　　　DATA
0003:00000418　00000104H .CRT$XIZ　　　　　　　DATA
0003:0000051c　00000104H .CRT$XPA　　　　　　　DATA
0003:00000620　00000104H .CRT$XPX　　　　　　　DATA
0003:00000724　00000104H .CRT$XPZ　　　　　　　DATA
0003:00000828 　00000104H .CRT$XTA　　　　　　　DATA
0003:0000092c　 00000104H .CRT$XTZ　　　　　　　DATA
0003:00000a30 　00003236H .data 　　　　　　　DATA
0003:00003c68 　000019c8H .bss 　　　　　　　DATA
0004:00000000 　00000014H .idata$2　　　　　　　DATA
0004:00000014 　00000014H .idata$3　　　　　　　DATA
0004:00000028 　00000120H .idata$　　　　　　　DATA
0004:00000148 　00000120H .idata$5 　　　　　　　DATA
0004:00000268 　000004f4H .idata$6　　　　　　　DATA

Address Publics by Value Rva+Base Lib:Object

0001:00000020 ?crashtest@@YAHHH@Z 00401020 f main.obj
0001:0000003c _main 0040103c f main.obj
0001:000000b0 _printf 004010b0 f LIBCD:printf.obj
0001:00000130 __chkesp 00401130 f LIBCD:chkesp.obj
0001:00000170 _mainCRTStartup 00401170 f LIBCD:crt0.obj
0001:000002a0 __amsg_exit 004012a0 f LIBCD:crt0.obj
0001:00000300 __stbuf 00401300 f LIBCD:_sftbuf.obj
0001:00000460 __ftbuf 00401460 f LIBCD:_sftbuf.obj
0001:00000520 __output 00401520 f LIBCD:output.obj
0001:000013c0 ___initstdio 004023c0 f LIBCD:_file.obj
0001:000014f0 ___endstdio 004024f0 f LIBCD:_file.obj
0001:00001510 __CrtDbgBreak 00402510 f LIBCD:dbgrpt.obj
0001:00001520 __CrtSetReportMode 00402520 f LIBCD:dbgrpt.obj
0001:00001580 __CrtSetReportFile 00402580 f LIBCD:dbgrpt.obj
0001:00001600 __CrtSetReportHook 00402600 f LIBCD:dbgrpt.obj
0001:00001620 __CrtDbgReport 00402620 f LIBCD:dbgrpt.obj

　　如果仔細瀏覽 Rva+Base 這欄，我們可以發現第一個比崩潰地址 0x0040102f 大的函數地址是 0x0040103c ，所以在 0x0040103c 這個地址之前的那個入口就是產生崩潰的函數，也就是這行：

0001:00000020 ?crashtest@@YAHHH@Z 00401020 f main.obj

　　因此，發生崩潰的函數就是 ?crashtest@@YAHHH@Z，所有以問號開頭的函數名稱都是 C++ 修飾的名稱。所以在我們的來源程式中，這個發生崩潰的函數就是 crashtest ()！

　　現在我們便輕而易舉地知道了發生崩潰的函數名稱。把它記下來，然後我們將要直接定位發生崩潰的程式碼了。我們注意 MAP 檔案的最後部分——程式碼資訊（Line numbers information），它是以這樣的形式顯示的：

Line numbers for ./Debug/main.obj(D:/我的工作/技術/出異常例子abort/main.cpp) segment .text

12 0001:00000020 14 0001:0000002b 15 0001:00000035 16 0001:00000038
19 0001:0000003c 20 0001:00000057 21 0001:0000005e 23 0001:00000065
24 0001:00000072 25 0001:00000085

　　第一個數字代表在原始碼中的程式碼號，第二個數是該程式碼在所屬的程式碼片段中的位移量。如果要尋找程式碼號，需要使用下面的公式做一些十六進位的減法運算：

崩潰行位移 = 崩潰地址（Crash Address）－ 基地址（ImageBase Address）－ 0x1000

　　為什麼要這樣做呢？因為我們得到的崩潰地址都是由 位移地址（Rva）+ 基地址（Base）得來的，所以在計算行號的時候要把基地址減去。一般情況下，基地址的值是 0x00400000 。另外，由於一般的 可攜式執行檔的程式碼片段都是從 0x1000 位移開始的，所以也必須減去 0x1000 。
　　所以我們的：崩潰行位移 = 0x0040102f - 0x00400000 - 0x1000 = 0x2f
我們在MAP 檔案的中的程式碼資訊裡尋找不超過計算結果0x2f，但卻最接近的數。發現是 main.cpp 檔案中的：

14 0001:0000002b

　　也就意味著在原始碼中的第 14 行！讓我們來看看原始碼，注意注釋行和空行也要計算在內，程式的第14行為：

c = a/b;

果然就是第 14 行啊，它發生了“除0異常”！

　　方法已經介紹完了，從今以後，我們就可以精確地定位到原始碼中的崩潰行，而且只要編譯器可以產生 MAP 檔案，無論在WIN平台還是UNIX平台，本方法都是適用的。
　　本文我們只是列舉了一個非常簡單的“除0異常”例子，使用MAP檔案的效力或許還不十分明顯。但相信在我們的大型應用系統調試中，使用MAP檔案的輔助方法來快速定位發生程式崩潰的函數以及程式碼，將會為我們的程式調試工作節省大量時間和精力，提高我們的調試品質。我們甚至可以要求遠地使用者直接提供者崩潰的地址，然後就可以在自己機器上利用MAP檔案靜態地找到出錯的那行，並在程式中進行相應修正了。