使用C++进行Windows开发：使用虚拟变量和格式说明符进行X64调试

使用C++进行Windows开发：使用虚拟变量和格式说明符进行X64调试2010-04-16 MSDN / Kenny Kerr目录

处理器体系结构

虚拟变量

格式说明符

可视化调用约定

错误代码

调试安全环境

多年来，Visual C++ 一直包含一组用于调试的虚拟变量和格式说明符。虚拟变量是指这样的内容：可以输入到调试程序监视窗口中，使其显示某种不必与任何 C++ 变量关联的值。遗憾的是，还没有人对虚拟变量进行过详细介绍。我自已掌握的信息尚不足以详细介绍所有虚拟变量，在此仅就我认为最有用的一些虚拟变量和格式说明符与大家共享。我希望此处的讨论可以促使您进一步阅读有关本主题的更多内容。

在介绍虚拟变量（有时称为伪寄存器）之前，我需要简要介绍一下处理器体系结构和寄存器，因为了解一点背景知识可以更好地理解虚拟变量的价值。这还有助您从一个侧面理解 64 位版本应用程序与传统 32 位版本应用程序的不同。此专栏的主要内容是 Visual C++，而不是处理器体系结构的细节，所以我将只介绍 x86 和 x64 处理器体系结构。阅读 MSDN 库中的文档，您可以了解更多有关 Itanium 处理器引入的不同之处的内容。

处理器体系结构

要全面掌握处理器体系结构有一定的难度。这就是 C 语言及其后续语言对软件行业带来如此巨大影响的原因。至少您应该了解 x86 和 x64 处理器体系结构代表什么，因为它们是绝大部分用户使用的处理器类型。Visual C++ 和 Windows 也支持 Itanium 处理器，但是很少有开发人员愿意以这种处理器为目标。

不管怎样，在过去的几十年中，源于 8 位 Intel 8080 处理器的 x86 一直在市场上占主导地位。AMD 和 Intel 对 x64 进行了现实的选择，以保留与 x86 的后向兼容性。而 Itanium 引进了一个强大的新体系结构，这种体系结构不受传统的 x86 的限制。当然，这样做的结果是这种体系结构支持的应用程序相当少，但这是 David Cutler（他领导了 Windows NT 开发）及其可移植操作系统观点的实证，这种观点认为 Windows 这些年来已经可以相对轻松地采用新的体系结构。

虽然 C++ 编译器后隐藏着处理器体系结构之间的很多不同之处，但开发人员可以清楚地看出这种变化带来的一个好处，即转向单个调用约定。x64 版本的 C++ 编译器只支持单个调用约定，而 x86 版本的编译器支持多个调用约定。这种变化很受欢迎，因为它可以消除由调用约定不匹配引起的多个潜在错误，尤其是在托管代码互操作中。在托管代码互操作中，Microsoft .NET Framework 编译器（如 C# 和 Visual Basic .NET ）无法确定 C++ 头文件中的原始调用约定。实际上，它们必须依赖于手动定义的属性，而这些属性很容易被错误定义，从而导致各种堆栈损坏错误。

例如，在调用成员函数前，本机 C++ 调用约定 thiscall 使用 ecx 寄存器存储“this”指针。该信息有助于调试，但依赖于调用约定，如果只是查看某些汇编程序代码和寄存器值，调用约定可能并不明显。这种情况在 x64 上就简单得多，因为“this”指针始终作为第一个参数插入，因此存储在 rcx 寄存器中。

当然，在调试过程中使用寄存器是特定于处理器的，但令人欣慰的是我们可以探索 x86 和 x64 之间的关系。x86 体系结构引入了子寄存器的概念，子寄存器构成父寄存器的下半部分。例如，ax 是一个 16 位的子寄存器，位于 eax 寄存器的下半部分。x64 体系结构提供了 64 位寄存器来取代 32 位 x86 寄存器，从而实现了寄存器扩展。例如，在 x64 上，32 位 eax 子寄存器构成 64 位 rax 寄存器的后半部分。eax 和 rax 均有各自的作用，分别由 x86 和 x64 用于存储函数返回的指针或整数。毋庸置疑，要使在 x86 上运行的函数返回 64 位值，需要使用两个寄存器。

虚拟变量

最常见的虚拟变量可能是 $err，该变量显示函数 SetLastError 设置的上一错误值。显示的值代表将由 GetLastError 函数返回的值。

虚拟变量还可用于显示处理器寄存器的值。例如，$ecx 显示 x86 体系结构的 ecx 寄存器的值。对于新一代使用 .NET 的开发人员而言，如何查看处理器寄存器的值可能有点高深莫测，但这样做确实可以帮助诊断明显的错误或只了解程序运行时的行为。假设您正在 x86 上使用本机 C++ 调用约定，可以使用 $ecx 显示“this”指针的地址。您还可以在两个体系结构上使用 $eax 显示 32 位返回值。根据您的调试需要，还可以方便地使用更多寄存器。

其他有用的虚拟变量包括 $handles 和 $user，前者显示在进程中打开的内核对象的句柄个数，后者显示有关当前进程和线程令牌的十分详细的信息。$user 可用于调试与模拟相关的代码。图 1 列出了一些常见的虚拟变量。

图 1 虚拟变量

虚拟变量	说明
$handles	内核对象的句柄个数
$vframe	当前堆栈帧地址
$TID	当前线程标识符
$registername	指定寄存器的内容
$clk	时钟周期表示的时间
$user	进程和线程令牌信息