擴充記憶體檢查器以進行 C/C++ 偵錯

Michal Pitr

在 Chrome 92 中，我們推出了記憶體檢查器，這是用於檢查線性記憶體緩衝區的工具。本文將說明我們如何改善 C/C++ 偵錯工具的檢查器，以及過程中遇到的技術挑戰。

如果您是 C/C++ 偵錯和記憶體檢查器的新手，請參閱下列相關網誌文章：

• 想要進行深度記憶體偵錯嗎？請參閱「隆重推出記憶體檢查器」。
• 想瞭解完整的 C/C++ 偵錯工具套件嗎？請參閱「使用新式工具偵錯 WASM」和「加快 WebAssembly 偵錯速度」。

簡介

記憶體檢查器提供更強大的線性記憶體緩衝區偵錯選項。如果是 C/C++，您可以檢查 WebAssembly 記憶體中的 C/C++ 記憶體物件。

在周圍的 WebAssembly 記憶體中辨識物件的位元組是個難題。您必須知道物件的大小，並從物件開始計算位元組數。在下方螢幕截圖中，系統已選取 10 個元素 int32 陣列的第一個位元組，但無法立即判斷其他位元組屬於哪個陣列。如果您能立即辨識屬於物件的所有位元組，那該有多好？

記憶體檢查工具中的物件醒目顯示

從 Chrome 107 開始，記憶體檢查器會醒目顯示 C/C++ 記憶體物件的所有位元組。這有助於區分周圍的記憶體。

注意：這是 Chrome Canary 目前提供的預先發布版功能。

請觀看以下影片，瞭解記憶體檢查器的運作方式。在「記憶體檢查器」中顯示陣列 x 時，記憶體檢視器會顯示醒目顯示的記憶體，以及位於其上方的新方塊。這個方塊會提醒您醒目顯示的記憶體名稱和類型。按一下晶片即可跳至物件的記憶體。將滑鼠遊標懸停在方塊上，就會看到十字圖示，按一下該圖示則可移除醒目顯示範圍。

在要檢查的物件外選取位元組時，系統會對其進行醒目顯示，避免使用者分心。如要再次聚焦，請再次點選物件的任何位元或方塊。

注意：為獲得最佳偵錯體驗，請停用編譯器最佳化功能。詳情請參閱「加快 WebAssembly 偵錯速度」一文。

物件醒目顯示功能不限於陣列。您也可以檢查結構體、物件和指標。這些變更可讓您更輕鬆探索 C/C++ 應用程式的記憶體！

想試試嗎？您需要完成以下事項：

• 使用 Chrome 107 以上版本。
• 安裝 C/C++ DWARF 擴充功能。
• 依序前往「開發人員工具」>「設定」>「實驗」>「WebAssemble 偵錯：啟用 DWARF 支援」，啟用 DWARF 偵錯功能。
• 開啟這個示範頁面。
• 按照頁面上的指示操作。

偵錯範例

本節將介紹玩具錯誤，說明如何使用記憶體檢查器進行 C/C++ 偵錯。在下方的程式碼範例中，程式設計師會建立整數陣列，並決定使用指標算術來選取最後一個元素。遺憾的是，程式設計師在指標計算中犯錯了，現在該程式不會顯示無意義的值，而非輸出最後一個元素。

#include <iostream>

int main()
{
    int numbers[] = {1, 2, 3, 4};
    int *ptr = numbers;
    int arraySize = sizeof(numbers)/sizeof(int);
    int* lastNumber = ptr + arraySize;  // Can you notice the bug here?
    std::cout <<../ *lastNumber <<../ '\n';
    return 0;
}

程式設計師會進入記憶體檢查器來偵錯。你也可以按照這個示範操作！他們會先檢查記憶體檢查器中的陣列，確認 numbers 陣列如預期包含 1、2、3 和 4 整數。

接著，它們會顯示「Scope」窗格中的 lastNumber 變數，並發現指標指向陣列以外的整數！利用這項知識，程式設計師發現他們在第 8 行正確計算指標位移。應為 ptr + arraySize - 1。

雖然這是玩具範例，但能說明物件醒目顯示功能如何有效傳達記憶體物件的大小和位置，協助您進一步瞭解 C/C++ 應用程式的記憶體內發生了什麼事。

開發人員工具如何判斷要醒目顯示哪些內容

在本節中，我們將介紹可用於 C/C++ 偵錯的工具生態系統。具體來說，您將瞭解開發人員工具、V8、C/C++ DWARF 擴充功能和 Emscripten 如何在 Chrome 中進行 C/C++ 偵錯。

如要充分運用開發人員工具中的 C/C++ 偵錯功能，需要有以下兩個條件：

• 在 Chrome 中安裝的 C/C++ DWARF 擴充功能
• 使用最新的 Emscripten 編譯器，將 C/C++ 來源檔案編譯成 WebAssembly，詳情請參閱這篇網誌文章

但為什麼呢？Chrome 的 JavaScript 和 WebAssembly 引擎 V8 不知道如何執行 C 或 C++。多虧 Emscripten，C/C++ 是 WebAssembly 編譯器的 C/C++，將以 C 或 C++ 建構的應用程式作為 WebAssembly 編譯，並在瀏覽器中執行！

在編譯期間，emscripten 會將 DWARF 偵錯資料嵌入二進位檔。整體來說，這項資料可協助擴充功能找出哪些 WebAssembly 變數對應至您的 C/C++ 變數等等。這樣一來，即使 V8 實際執行的是 WebAssembly，開發人員工具仍可顯示您的 C++ 變數。如有興趣，請參閱這篇網誌文章，瞭解 DWARF 偵錯資料的範例。

那麼，當顯示 lastNumber 時實際上會發生什麼事？只要按一下記憶體圖示，開發人員工具就會檢查您要檢查的變數。接著，系統會針對 lastNumber 的資料類型和位置，查詢擴充資料。只要擴充功能提供該資訊，記憶體檢查器就能顯示相關記憶體區塊，並瞭解其類型，也會顯示物件大小。

如果您查看前述範例中的 lastNumber，可能會發現我們檢查的是 lastNumber: int *，但記憶體檢查器中的晶片卻顯示 *lastNumber: int，這是為什麼？檢查器會使用 C++ 樣式指標取消參照來表示顯示的物件類型！如果您檢查指標，檢查器會顯示指標指向的項目。

在偵錯工具步驟中保留醒目顯示

當您在記憶體檢查工具中顯示物件，並透過偵錯工具執行步驟時，如果檢查工具認為仍適用，就會保留醒目顯示。我們最初並未在發展藍圖中提供這項功能，但很快就發現，這樣會破壞偵錯體驗。想像一下，如果您必須在每個步驟後重新檢查陣列，就像下方影片中的情況一樣！

當偵錯工具命中新的中斷點時，記憶體檢查器會再次查詢 V8 和與先前醒目顯示項目相關聯的變數擴充功能。然後比較物件的地點和類型。如果相符，則會持續顯示醒目顯示。在上方的影片中，有一個 for 迴圈會寫入陣列 x。這些作業不會變更陣列的類型或位置，因此會持續醒目顯示。

您可能會想知道這會對指標造成什麼影響。如果您有醒目提示指標，並將其重新指派給其他物件，醒目提示物件的舊位置和新位置會不同，醒目提示也會消失。由於新指向的物件可位於 WebAssembly 記憶體中的任何位置，且可能與先前的記憶體位置幾乎無關，因此移除醒目顯示會比跳到新的記憶體位置更清楚。您可以點選「範圍」窗格中的記憶體圖示，再次醒目顯示指標。

結論

本文說明 C/C++ 偵錯的記憶體檢查器改善了哪些內容。我們希望這項新功能能簡化 C/C++ 應用程式的記憶體偵錯作業！如有進一步改善建議，歡迎回報錯誤！

後續步驟

詳情請參閱：

• 記憶體檢查工具隆重登場
• 使用新型工具對 WebAssembly 偵錯
• 更快速的 WebAssembly 偵錯功能
• 記憶體檢查工具說明文件