Debug模式和Release模式有什么区别？

Original 程序喵大人程序喵大人 2022-08-22

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#C++ 95 个

#编译与链接那些事 14 个

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张爱玲曾说过：“开发过程就是个玄学。”

有时候，程序在Debug模式下运行的好好的，一Release就crash了。

有时候，程序在Debug模式下崩溃了，Release模式下居然能正常运行。

可能很多人都遇到过以上的情况。

用C/C++的朋友都知道编译器编译有各种优化级别，编译器优化级别大体如下：

O0（默认选项）：不开启优化，方便功能调试

Og：方便调试的优化选项（比O1更保守）

O1：保守的优化选项，打开了四十多个优化选项

O2：常用的发布优化选项，在O1的基础上额外打开了四十多个优化选项，包括自动内联等规则

Os：产生较小代码体积的优化选项（比O2更保守）

O3：较为激进的优化选项（对错误编码容忍度最低），在O2的基础上额外打开了十多个优化选项

Ofast：打开可导致不符合IEEE浮点数等标准的性能优化选项。

具体介绍如下：

O0：编译器默认就是O0，该选项下不会开启优化，方便开发者调试。

O1：致力于在不需要过多的编译时间情况下，尽量减少代码大小和尽量提高程序运行速度，它开启了下面的优化标志：

-fauto-inc-dec

-fbranch-count-reg

-fcombine-stack-adjustments

-fcompare-elim

-fcprop-registers

-fdce -fdefer-pop

-fdelayed-branch

-fdse

-fforward-propagate

-fguess-branch-probability

-fif-conversion

-fif-conversion2

-finline-functions-called-once

-fipa-modref

-fipa-profile

-fipa-pure-const

-fipa-reference

-fipa-reference-addressable

-fmerge-constants

-fmove-loop-invariants

-fomit-frame-pointer

-freorder-blocks

-fshrink-wrap

-fshrink-wrap-separate

-fsplit-wide-types

-fssa-backprop

-fssa-phiopt

-ftree-bit-ccp

-ftree-ccp

-ftree-ch

-ftree-coalesce-vars

-ftree-copy-prop

-ftree-dce

-ftree-dominator-opts

-ftree-dse

-ftree-forwprop

-ftree-fre

-ftree-phiprop

-ftree-pta

-ftree-scev-cprop

-ftree-sink

-ftree-slsr

-ftree-sra

-ftree-ter

-funit-at-a-time

Og：如果是为了调试，该选项是比O0更好的选择，它会打开O1大部分优化标志，但是不会启用那些影响调试的标志：

-fbranch-count-reg

-fdelayed-branch

-fdse

-fif-conversion

-fif-conversion2

-finline-functions-called-once

-fmove-loop-invariants

-fssa-phiopt

-ftree-bit-ccp

-ftree-dse

-ftree-pta

-ftree-sra

O2：常见的Release级别，该选项下几乎执行了所有支持的优化选项，它增加了编译时间，提高了程序的运行速度，又额外打开了以下优化标志：

-falign-functions

-falign-jumps

-falign-labels

-falign-loops

-fcaller-saves

-fcode-hoisting

-fcrossjumping

-fcse-follow-jumps

-fcse-skip-blocks

-fdelete-null-pointer-checks

-fdevirtualize

-fdevirtualize-speculatively

-fexpensive-optimizations

-ffinite-loops

-fgcse

-fgcse-lm

-fhoist-adjacent-loads

-finline-functions

-finline-small-functions

-findirect-inlining

-fipa-bit-cp

-fipa-cp

-fipa-icf

-fipa-ra

-fipa-sra

-fipa-vrp

-fisolate-erroneous-paths-dereference

-flra-remat

-foptimize-sibling-calls

-foptimize-strlen

-fpartial-inlining

-fpeephole2

-freorder-blocks-algorithm=stc

-freorder-blocks-and-partition

-freorder-functions

-frerun-cse-after-loop

-fschedule-insns

-fschedule-insns2 -fsched-interblock

-fsched-spec

-fstore-merging

-fstrict-aliasing

-fthread-jumps

-ftree-builtin-call-dce

-ftree-pre

-ftree-switch-conversion

-ftree-tail-merge

-ftree-vrp

Os：打开了几乎所有的O2优化标志，除了那些经常会增加代码大小的优化标志：

-falign-functions

-falign-jumps

-falign-labels

-falign-loops

-fprefetch-loop-arrays

-freorder-blocks-algorithm=stc

它还启用了-finline-functions优化标志，使编译器根据代码大小而不是程序运行速度进行优化，为了减少代码大小。

O3：在O2的基础上又打开了以下优化标志

-fgcse-after-reload

-fipa-cp-clone

-floop-interchange

-floop-unroll-and-jam

-fpeel-loops

-fpredictive-commoning

-fsplit-loops

-fsplit-paths

-ftree-loop-distribution

-ftree-loop-vectorize

-ftree-partial-pre

-ftree-slp-vectorize

-funswitch-loops

-fvect-cost-model

-fvect-cost-model=dynamic

-fversion-loops-for-strides

Ofast：更加激进的编译选项，它不会严格遵循标准，在O3的优化基础上，它又开启了一些可能导致不符合IEEE浮点数等标准的性能优化选项，如- fast-math， -fallow-store-data-races等。

tips：上述优化选项如果想要了解具体含义可以看https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Optimize-Options.html 官方文档。

编译器有这么多优化级别，Debug版本和Release版本其实就是优化级别的区别，Debug称为调试版本，编译的结果通常包含有调试信息，没有做任何优化，方便开发人员进行调试，Release称为发布版本，不会携带调试信息，同时编译器对代码进行了很多优化，使代码更小，速度更快，发布给用户使用，给用户使用以更好的体验。但Release模式编译比Debug模式花的时间也会更多。

Debug模式下在内存分配上有所区别，在我们申请内存时，Debug模式会多申请一部分空间，分布在内存块的前后，用于存放调试信息。

对于未初始化的变量，Debug模式下会默认对其进行初始化，而Release模式则不会，所以就有个常见的问题，局部变量未初始化时，Debug模式和Release模式表现有所不同。

bool func() { bool found; for (int i = 0; i < vec.size(); ++i) { if (vec[i] == 3) { found = true; } } return found; }

Debug模式下可能运行正常，但Release模式下可能会返回错误结果，因为found局部变量在Release模式下没有初始化。

Debug模式以32字节为单位分配内存，例如当申请24字节内存时，Release模式下是正常的分配24字节，Debug模式会分配32字节，多了8字节，所以有些数组越界问题在Debug模式下可以安全运行，Release模式下就会出问题。

Debug模式下可以使用assert，运行过程中有异常现象会及时crash，Release模式下模式下不会编译assert，遇到不期望的情况不会及时crash，稀里糊涂继续运行，到后期可能会产生奇奇怪怪的错误，不易调试，殊不知其实在很早之前就出现了问题。编译器在Debug模式下定义_DEBUG宏，Release模式下定义NDEBUG宏，预处理器就是根据对应宏来判断是否开启assert的。

数据溢出问题，在一个函数中，存在某些从未被使用的变量，且函数内存在数据溢出问题，在Debug模式下可能不会产生问题，因为不会对该变量进行优化，它在栈空间中还是占有几个字节，但是Release模式下可能会出问题，Release模式下可能会优化掉此变量，栈空间相应变小，数据溢出就会导致栈内存损坏，有可能会产生奇奇怪怪的错误。

例如：

void func() { char buffer[10]; int counter; lstrcpy(buffer, "abcdefghik"); // 需要拷贝11字节}

tips：不要将Debug库和Release库混合在一起，可能会出问题，至于为啥会出问题，知道的可在下方评论区留言，一般都是有两个目录，Debug目录和Release目录。

回到开篇提到的那两个问题：

程序在Debug模式下运行的好好的，Release模式下就crash了，怎么办？

可以尝试着找一找代码中的assert，看一下是否是assert导致的两种模式下的差异，从这个思路入手。

程序在Debug模式下会崩溃，Release模式下却正常运行，怎么办？

看一下代码中是否有未初始化的变量，是否有数组越界问题，从这个思路入手。

参考资料

http://www.flounder.com/debug_release.htm

https://vinayakgarg.wordpress.com/2012/03/31/difference-between-debug-build-and-release-build/

https://www.xspdf.com/resolution/312312.html