使用C++進行Windows開發：使用虛擬變數和格式說明符進行X64調試

目錄

處理器體繫結構

虛擬變數

格式說明符

可視化呼叫慣例

錯誤碼

調試安全環境

多年來，Visual C++ 一直包含一組用於調試的虛擬變數和格式說明符。虛擬變數是指這樣的內容：可以輸入到偵錯工具監看式視窗中，使其顯示某種不必與任何 C++ 變數關聯的值。遺憾的是，還沒有人對虛擬變數進行過詳細介紹。我自已掌握的資訊尚不足以詳細介紹所有虛擬變數，在此僅就我認為最有用的一些虛擬變數和格式說明符與大家共用。我希望此處的討論可以促使您進一步閱讀有關本主題的更多內容。

在介紹虛擬變數（有時稱為偽寄存器）之前，我需要簡要介紹一下處理器體繫結構和寄存器，因為瞭解一點背景知識可以更好地理解虛擬變數的價值。這還有助您從一個側面理解 64 位元版本應用程式與傳統 32 位版本應用程式的不同。此專欄的主要內容是 Visual C++，而不是處理器體繫結構的細節，所以我將只介紹 x86 和 x64 處理器體繫結構。閱讀 MSDN 庫中的文檔，您可以瞭解更多有關 Itanium 處理器引入的不同之處的內容。

處理器體繫結構

要全面掌握處理器體繫結構有一定的難度。這就是 C 語言及其後續語言對軟體行業帶來如此巨大影響的原因。至少您應該瞭解 x86 和 x64 處理器體繫結構代表什麼，因為它們是絕大部分使用者使用的處理器類型。Visual C++ 和 Windows 也支援 Itanium 處理器，但是很少有開發人員願意以這種處理器為目標。

不管怎樣，在過去的幾十年中，源於 8 位 Intel 8080 處理器的 x86 一直在市場上佔主導地位。AMD 和 Intel 對 x64 進行了現實的選擇，以保留與 x86 的回溯相容性。而 Itanium 引進了一個強大的新體繫結構，這種體繫結構不受傳統的 x86 的限制。當然，這樣做的結果是這種體繫結構支援的應用程式相當少，但這是 David Cutler（他領導了 Windows NT 開發）及其可移植作業系統觀點的實證，這種觀點認為 Windows 這些年來已經可以相對輕鬆地採用新的體繫結構。

雖然 C++ 編譯器後隱藏著處理器體繫結構之間的很多不同之處，但開發人員可以清楚地看出這種變化帶來的一個好處，即轉向單個呼叫慣例。x64 版本的 C++ 編譯器只支援單個呼叫慣例，而 x86 版本的編譯器支援多個呼叫慣例。這種變化很受歡迎，因為它可以消除由呼叫慣例不匹配引起的多個潛在錯誤，尤其是在Managed 程式碼互操作中。在Managed 程式碼互操作中，Microsoft .NET Framework 編譯器（如 C# 和 Visual Basic .NET ）無法確定 C++ 標頭檔中的原始呼叫慣例。實際上，它們必須依賴於手動定義的屬性，而這些屬性很容易被錯誤定義，從而導致各種堆棧損壞錯誤。

例如，在調用成員函數前，本機 C++ 呼叫慣例 thiscall 使用 ecx 寄存器儲存“this”指標。該資訊有助於調試，但依賴於呼叫慣例，如果只是查看某些組譯工具代碼和寄存器值，呼叫慣例可能並不明顯。這種情況在 x64 上就簡單得多，因為“this”指標始終作為第一個參數插入，因此儲存在 rcx 寄存器中。

當然，在調試過程中使用寄存器是特定於處理器的，但令人欣慰的是我們可以探索 x86 和 x64 之間的關係。x86 體繫結構引入了子寄存器的概念，子寄存器構成父寄存器的下半部分。例如，ax 是一個 16 位的子寄存器，位於 eax 寄存器的下半部分。x64 體繫結構提供了 64 位元寄存器來取代 32 位 x86 寄存器，從而實現了寄存器擴充。例如，在 x64 上，32 位 eax 子寄存器構成 64 位元 rax 寄存器的後半部分。eax 和 rax 均有各自的作用，分別由 x86 和 x64 用於儲存函數返回的指標或整數。毋庸置疑，要使在 x86 上啟動並執行函數返回 64 位元值，需要使用兩個寄存器。

虛擬變數

最常見的虛擬變數可能是 $err，該變數顯示函數 SetLastError 設定的上一錯誤值。顯示的值代表將由 GetLastError 函數返回的值。

虛擬變數還可用於顯示處理器寄存器的值。例如，$ecx 顯示 x86 體繫結構的 ecx 寄存器的值。對於新一代使用 .NET 的開發人員而言，如何查看處理器寄存器的值可能有點高深莫測，但這樣做確實可以協助診斷明顯的錯誤或只瞭解程式運行時的行為。假設您正在 x86 上使用本機 C++ 呼叫慣例，可以使用 $ecx 顯示“this”指標的地址。您還可以在兩個體繫結構上使用 $eax 顯示 32 位傳回值。根據您的調試需要，還可以方便地使用更多寄存器。

其他有用的虛擬變數包括 $handles 和 $user，前者顯示在進程中開啟的核心對象的控制代碼個數，後者顯示有關當前進程和線程令牌的十分詳細的資訊。$user 可用於調試與類比相關的代碼。圖 1 列出了一些常見的虛擬變數。

圖 1 虛擬變數

虛擬變數	說明
$handles	核心對象的控制代碼個數
$vframe	當前堆疊框架地址
$TID	當前線程標識符
$registername	指定寄存器的內容
$clk	刻度表示的時間
$user	進程和線程令牌資訊