應該如何學軟體

《軟體除錯》第2版第2卷就要出版了，雖然在正文中已經寫了近百萬言，但我還是想在前言中再寫一些話送給我的讀者們，

首先我想說，軟體是資訊時代里的主角，它已經對人類社會產生了巨大的影響，而且正在產生更大的影響，如果你在做軟體方面的作業，那么你應該感覺很幸運，如果你在學習軟體，那么你選擇了前景無限廣闊的方向，一定要堅持，

如何把軟體學好呢？這是個比較大的話題，我愿把我的親身經歷分享給大家，

雖然我在讀高中時就撰寫過基本的BASIC程式，但是那時根本沒有對程式和軟體建立起什么概念，1992年，我進入大學后，開始比較系統的學習計算機的硬體和軟體，還記得學習的第一門計算機課是Fortran語言，學的也是云里霧里，而后陸續學習了C語言、資料結構和微機原理，

微機原理有兩門課，一門講8051單片機，比較偏硬體，另一門講8086匯編語言編程，比較偏軟體了，教“8086匯編語言”的老師30多歲的年齡，個頭很高，說話不多，今天，我已經記不起他在課堂上講過的任何技術內容，但卻清晰的記得他使用了一種很獨特的教學方法，與其他老師費勁地講解每個知識點不同，他只是給大家留了一個大作業，讓大家自己用匯編語言寫個程式，自己決定程式的功能和界面，留了這個作業后，幾乎就沒有見到過這位老師，一到他的課，就是到機房里上機，悶頭寫程式，各寫各的，

課堂上的那點時間不夠用，所以大家都經常在課外時間做這個作業，當時的計算機資源還比較寶貴，系里的機房常常人滿為患，于是有時要到計算機中心去上機，上機不是免費的，需要花錢購買機時，當時流行用飯票來支付，

就在那個學期，一個同班同學提議合伙買一臺PC，我很感興趣，一邊寫信回家申請，一邊先用開學時帶的錢入了股，于是我和另外三位同學四人合伙，一起買了一臺PC，硬體配置是386 DX/40，1.2M + 1.44M軟驅，4M記憶體，210M硬碟，TVGA顯卡，.28彩色顯示幕，安裝的作業系統是DOS和Windows 3.1，我們是在華山路上的一家經營辦公用品的店里購買的組裝機，一共花了6505元人民幣，又花了100多元的出租車費，把主機和CRT顯示幕運回到閔行校區，翻開久未打開過的大學時代日記，我們購買那臺PC的時間是1994年11月11日，是星期五，日記中還夾著父親當年為我匯款時用的匯款專用信封的附言部分，上面寫著8個字：學習正用，買也值得，

現在回想起來，我真正的編程經歷是從有了那臺PC開始的，每次輪到我上機的時候，我都是寫代碼和除錯，從來不打游戲，也不做其它事情，為了更好利用上機時間，我常常先把代碼寫到本子上，上機時快速錄入進電腦，然后編譯、運行看結果，再除錯，當時我就喜歡用除錯器，單步跟蹤程式的每一行代碼，現在清楚記得的一個細節是，為了在DOS下能顯示出更好看的界面，我在DOS程式里用匯編語言中的軟中斷指令呼叫Video BIOS的服務，把系統的顯示模式從文本模式改為圖形模式，當我單步執行切換圖形模式的指令時，CRT顯示幕上會出現五顏六色的光斑和各種詭異的畫面……

因為投入的時間很多，我的“8086匯編語言“程式越寫越大，功能越來越多，不僅有圖形化的下拉選單，炫耀技術的TSR（記憶體駐留）功能，而且還可以驅動PC喇叭播放”兩只老虎“的音樂，有了比較扎實的匯編語言基礎后，我又繼續用C語言撰寫Windows程式，

回顧我學習軟體的親身經歷，如果要我分享經驗的話，那么我的第一條經驗就是多寫代碼，多除錯，我一直覺得我是個不聰明的人，如果說我把軟體技術學的還可以的話，那么我靠的就是這條經驗：幾乎每一天都寫代碼，幾乎每一天都除錯，堅持了二十多年，已經成為了習慣，

既然你已經選擇了這本書，那么你多半是同意我的“除錯方法論”的，那么接下的問題就是如何能比較快的學會除錯技術，下面我簡要介紹一下《軟體除錯》的寫作歷程和閱讀方法，

2002年，我在泰為科技作業時，有一天晚上加班趕進度，在緊急時刻卻出現了一個詭異的BUG，當時的程式是為Nokia手機撰寫的，不太好除錯，同事們一遇到BUG，主要用print，但我還是喜歡在模擬器中用除錯器來除錯，對于那天晚上的問題，print方法很不奏效，我用除錯方法抽絲剝繭，一步步排查，終于找到了問題的根源，問題解決了后，大家都笑逐顏開，一起加班的好朋友劉偉力很感慨地說：“斷點真神奇！“他的這句話讓我萌生了寫一本除錯之書的念頭，目的是我把我喜歡的除錯方法傳播給更多人，

2003年5月，我加入到英特爾作業，辦公地點在浦東外高橋保稅區，離市區比較遠，每天乘坐班車上下班，幾乎從不加班，這給了我比較充足的時間來研究除錯，并把研究的結果寫成書稿，

用了大約5年時間，推翻重來幾次，我的書稿終于完工了，因為篇幅過大，洗掉了近200頁后提交給了博文視點，書名就定為《軟體除錯》，2008年5月，100多萬字的《軟體除錯》問世了，一共1006頁，一位歐洲同行發現了后，發帖說：“中國出了一本1000頁的除錯之書“，

2018年11月，《軟體除錯》第二版的第一卷出版，與第一版剛好間隔了10年，第二版的第一卷交稿后，我便開始規劃第二卷，第二卷的主題是《Windows平臺除錯》，雖然加入英特爾后，也時常做一些Linux方面的作業，但是對我來說，Windows是“主場“，是我最熟悉的平臺，我的編程之路從Windows開始，畢業之后的最初十年里也主要是在Windows平臺上作業，因此，當我規劃第二卷時，想寫的內容很多，但考慮到篇幅限制，我不得不反復篩選，篩選的最重要原則是”實用性“，特別是如下兩個指標：

• 對讀者理論知識的幫助有多大？
• 對讀者實戰能力的幫助有多大？

經過多次調整，最后確定的第二卷內容由如下五篇組成，共30章，

第一篇：大局觀（1-4章）

介紹Windows平臺的發展歷史（第1章），行程和執行緒（第2章），架構和關鍵部件（第3章），以及啟動程序（第4章），目的是把我對Windows的總體認識分享讀者，讓讀者對Windows平臺建立起一個總的認識，也就是大局觀，

第二篇：探微（5-8章）

選擇了Windows系統中非常有特色的幾個方面進行深入剖析，分別是特殊的呼叫程序，包括APC、DPC、LPC和RPC（第5章），用于解決應用程式兼容問題的墊片機制（第6章），曾被給予厚望，實際讓人失望的.Net技術（第7章），以及具有時代特征的Linux子系統（第8章），

第三篇：作業系統的除錯支持（9-19章）

我一直喜愛Windows系統的一個主要原因就是它的除錯設施特別豐富，本篇的目標就是從不同角度呈現Windows平臺上的各種除錯設施，先從用戶空間講起，介紹支持應用程式除錯的除錯模型和除錯API（第9章）以及用戶態除錯的作業程序（第10章），例外處理機制（第11章）以及處置未處理例外的方法和程序（第12章），然后過渡到內核空間，介紹應錯誤和藍屏（第13章），再介紹全域性的錯誤報告（第14章）、日志（第15章）、事件追蹤（第16章）和旨在記錄硬體錯誤的WHEA（第17章），而后介紹非常強大而且有特色的內核除錯引擎（第18章）和驗證機制（第19章），

第四篇：開發工具的除錯支持（20-25章）

這一篇介紹Windows平臺上的開發工具的除錯支持，先介紹編譯器的編譯期檢查（第20章）和運行期檢查（第21章），再深度決議堆疊的結構和函式呼叫的細節（第22章），然后決議堆的結構和除錯支持（第23章），例外處理代碼的編譯程序（第24章），以及除錯符號（第25章），

第五篇：除錯器（26-30章）

除錯器無疑是征服軟體世界的最有力武器，本篇先概覽除錯器的發展歷史和作業模型（第26章），然后再分別介紹Windows平臺上的常用除錯器，包括老牌的集成在Visual Studio環境中的VsDebug（第27章）、新興的VS Code除錯擴展（第28章），以及著名的WinDBG（第30章），

對于熟悉第一版的讀者，第二版本的變化主要有：

• 新增了第一篇和第二篇，目的是讓大家不僅要熟悉除錯設施，也要對“戰斗”的環境和除錯目標有比較深的認識，
• 在第5篇中新增了開發階段常用的VsDebug除錯器，詳細介紹了有一定難度的功能，比如硬體斷點，追蹤點，多執行緒除錯等，
• 在第5篇中新增了一章介紹近幾年流行的VS Code開發環境，特別介紹了“除錯擴展”的結構和作業原理，
• 新增了“老雷點評”，有的是評論技術背景，有的是介紹寫作程序，有的是分享作者的感悟，
• 新增了“親自動手”板塊，目的是鼓勵讀者多動手實踐，
• 為了便于攜帶和閱讀，裝訂為上下兩冊，上冊包含前三篇和前20章，下冊包含后兩篇和后16章，

閱讀本書的最好方法是根據書中的提示，除錯各種代碼，多動手，多實踐，本書的配套網站上（http://advdbg.org）有本書示例程式的源代碼和編譯好的二進制檔案，

在過去的20多年中，計算機硬體和軟體的變化可謂翻天覆地，從硬體的角度看變化最大的有兩個指標：一個是空間，一個是速度，以我94年的第一臺PC和我寫作本序言使用的筆記本電腦為例，記憶體空間從4M變為8G，外存空間從210M變為1.24T（1T機械硬碟加240G固態硬碟），CPU的個數從1個變為8個（4核加超執行緒），主頻從40M變為1.8G，

軟體方面變化也很大，首先是體量變大，想當年用1張1.44M的軟盤就可以做一張DOS作業系統的作業盤，里面還可以放上很多常用的工具，今天，隨隨便便的一個軟體就是幾十M甚至上百兆的安裝程式，軟體體量的迅猛增長帶來的結果是軟體的復雜度飛升，復雜度飛升導致的結果是軟體的瑕疵增多，測驗團隊難以發現所有的BUG，于是越來越多的軟體都是帶著BUG發布，產品期瑕疵的增多，催生了一個新的角色，那就是除錯工程師，他們的主要作業便是除錯客戶報告的產品期問題，今天，很多公司都有專門的除錯團隊，雖然名字不盡相同，但是大同小異，相對于開發階段的除錯，產品期除錯的難度顯然更大，對除錯者的技術水平要求也更高，

隨著專業除錯工程師的出現和增多，軟體除錯技術正在受到越來越多的重視，正在由隱學轉變為顯學，我相信，很快會有大學開設專門的軟體除錯課程，

展望軟體的未來，舊有的技術將進一步融合，新的技術繼續涌現，軟體的規模和復雜度持續增大，對軟體除錯技術的需求也越來越多，

衷心祝愿本書的讀者們能使用除錯之劍在軟體世界中自由馳騁，游刃有余，

張銀奎（Raymond Zhang）

于上海格蠹軒

2020年6月21日星期日