应该如何学软件

《软件调试》第2版第2卷就要出版了，虽然在正文中已经写了近百万言，但我还是想在前言中再写一些话送给我的读者们。

首先我想说，软件是信息时代里的主角，它已经对人类社会产生了巨大的影响，而且正在产生更大的影响，如果你在做软件方面的工作，那么你应该感觉很幸运，如果你在学习软件，那么你选择了前景无限广阔的方向，一定要坚持。

如何把软件学好呢？这是个比较大的话题，我愿把我的亲身经历分享给大家。

虽然我在读高中时就编写过基本的BASIC程序，但是那时根本没有对程序和软件建立起什么概念。1992年，我进入大学后，开始比较系统的学习计算机的硬件和软件。还记得学习的第一门计算机课是Fortran语言，学的也是云里雾里。而后陆续学习了C语言、数据结构和微机原理。

微机原理有两门课，一门讲8051单片机，比较偏硬件。另一门讲8086汇编语言编程，比较偏软件了。教“8086汇编语言”的老师30多岁的年龄，个头很高，说话不多，今天，我已经记不起他在课堂上讲过的任何技术内容，但却清晰的记得他使用了一种很独特的教学方法。与其他老师费劲地讲解每个知识点不同，他只是给大家留了一个大作业，让大家自己用汇编语言写个程序，自己决定程序的功能和界面。留了这个作业后，几乎就没有见到过这位老师。一到他的课，就是到机房里上机，闷头写程序，各写各的。

课堂上的那点时间不够用，所以大家都经常在课外时间做这个作业。当时的计算机资源还比较宝贵。系里的机房常常人满为患。于是有时要到计算机中心去上机，上机不是免费的，需要花钱购买机时，当时流行用饭票来支付。

就在那个学期，一个同班同学提议合伙买一台PC，我很感兴趣，一边写信回家申请，一边先用开学时带的钱入了股。于是我和另外三位同学四人合伙，一起买了一台PC，硬件配置是386 DX/40，1.2M + 1.44M软驱，4M内存，210M硬盘，TVGA显卡，.28彩色显示器，安装的操作系统是DOS和Windows 3.1。我们是在华山路上的一家经营办公用品的店里购买的组装机，一共花了6505元人民币，又花了100多元的出租车费，把主机和CRT显示器运回到闵行校区。翻开久未打开过的大学时代日记，我们购买那台PC的时间是1994年11月11日，是星期五。日记中还夹着父亲当年为我汇款时用的汇款专用信封的附言部分，上面写着8个字：学习正用，买也值得。

现在回想起来，我真正的编程经历是从有了那台PC开始的。每次轮到我上机的时候，我都是写代码和调试，从来不打游戏，也不做其它事情。为了更好利用上机时间，我常常先把代码写到本子上，上机时快速录入进电脑，然后编译、运行看结果，再调试。当时我就喜欢用调试器，单步跟踪程序的每一行代码。现在清楚记得的一个细节是，为了在DOS下能显示出更好看的界面，我在DOS程序里用汇编语言中的软中断指令调用Video BIOS的服务，把系统的显示模式从文本模式改为图形模式。当我单步执行切换图形模式的指令时，CRT显示器上会出现五颜六色的光斑和各种诡异的画面……

因为投入的时间很多，我的“8086汇编语言“程序越写越大，功能越来越多，不仅有图形化的下拉菜单，炫耀技术的TSR（内存驻留）功能，而且还可以驱动PC喇叭播放”两只老虎“的音乐。有了比较扎实的汇编语言基础后，我又继续用C语言编写Windows程序。

回顾我学习软件的亲身经历，如果要我分享经验的话，那么我的第一条经验就是多写代码，多调试。我一直觉得我是个不聪明的人，如果说我把软件技术学的还可以的话，那么我靠的就是这条经验：几乎每一天都写代码，几乎每一天都调试，坚持了二十多年，已经成为了习惯。

既然你已经选择了这本书，那么你多半是同意我的“调试方法论”的。那么接下的问题就是如何能比较快的学会调试技术。下面我简要介绍一下《软件调试》的写作历程和阅读方法。

 2002年，我在泰为科技工作时，有一天晚上加班赶进度，在紧急时刻却出现了一个诡异的BUG，当时的程序是为Nokia手机编写的，不太好调试，同事们一遇到BUG，主要用print。但我还是喜欢在模拟器中用调试器来调试。对于那天晚上的问题，print方法很不奏效，我用调试方法抽丝剥茧，一步步排查，终于找到了问题的根源。问题解决了后，大家都笑逐颜开，一起加班的好朋友刘伟力很感慨地说：“断点真神奇！“他的这句话让我萌生了写一本调试之书的念头，目的是我把我喜欢的调试方法传播给更多人。

2003年5月，我加入到英特尔工作，办公地点在浦东外高桥保税区，离市区比较远，每天乘坐班车上下班，几乎从不加班，这给了我比较充足的时间来研究调试，并把研究的结果写成书稿。

用了大约5年时间，推翻重来几次，我的书稿终于完工了，因为篇幅过大，删除了近200页后提交给了博文视点，书名就定为《软件调试》。2008年5月，100多万字的《软件调试》问世了，一共1006页。一位欧洲同行发现了后，发帖说：“中国出了一本1000页的调试之书“。

2018年11月，《软件调试》第二版的第一卷出版，与第一版刚好间隔了10年。第二版的第一卷交稿后，我便开始规划第二卷。第二卷的主题是《Windows平台调试》。虽然加入英特尔后，也时常做一些Linux方面的工作，但是对我来说，Windows是“主场“，是我最熟悉的平台，我的编程之路从Windows开始，毕业之后的最初十年里也主要是在Windows平台上工作。因此，当我规划第二卷时，想写的内容很多。但考虑到篇幅限制，我不得不反复筛选。筛选的最重要原则是”实用性“，特别是如下两个指标：

• 对读者理论知识的帮助有多大？
• 对读者实战能力的帮助有多大？

经过多次调整，最后确定的第二卷内容由如下五篇组成，共30章。

第一篇：大局观（1-4章）

介绍Windows平台的发展历史（第1章），进程和线程（第2章），架构和关键部件（第3章），以及启动过程（第4章）。目的是把我对Windows的总体认识分享读者，让读者对Windows平台建立起一个总的认识，也就是大局观。

第二篇：探微（5-8章）

选择了Windows系统中非常有特色的几个方面进行深入剖析，分别是特殊的调用过程，包括APC、DPC、LPC和RPC（第5章），用于解决应用程序兼容问题的垫片机制（第6章），曾被给予厚望，实际让人失望的.Net技术（第7章），以及具有时代特征的Linux子系统（第8章）。

第三篇：操作系统的调试支持（9-19章）

我一直喜爱Windows系统的一个主要原因就是它的调试设施特别丰富。本篇的目标就是从不同角度呈现Windows平台上的各种调试设施，先从用户空间讲起，介绍支持应用程序调试的调试模型和调试API（第9章）以及用户态调试的工作过程（第10章），异常处理机制（第11章）以及处置未处理异常的方法和过程（第12章）。然后过渡到内核空间，介绍应错误和蓝屏（第13章）。再介绍全局性的错误报告（第14章）、日志（第15章）、事件追踪（第16章）和旨在记录硬件错误的WHEA（第17章）。而后介绍非常强大而且有特色的内核调试引擎（第18章）和验证机制（第19章）。

第四篇：开发工具的调试支持（20-25章）

这一篇介绍Windows平台上的开发工具的调试支持，先介绍编译器的编译期检查（第20章）和运行期检查（第21章），再深度解析栈的结构和函数调用的细节（第22章），然后解析堆的结构和调试支持（第23章），异常处理代码的编译过程（第24章），以及调试符号（第25章）。

第五篇：调试器（26-30章）

调试器无疑是征服软件世界的最有力武器。本篇先概览调试器的发展历史和工作模型（第26章），然后再分别介绍Windows平台上的常用调试器，包括老牌的集成在Visual Studio环境中的VsDebug（第27章）、新兴的VS Code调试扩展（第28章），以及著名的WinDBG（第30章）。

对于熟悉第一版的读者，第二版本的变化主要有：

• 新增了第一篇和第二篇，目的是让大家不仅要熟悉调试设施，也要对“战斗”的环境和调试目标有比较深的认识。
• 在第5篇中新增了开发阶段常用的VsDebug调试器，详细介绍了有一定难度的功能，比如硬件断点，追踪点，多线程调试等。
• 在第5篇中新增了一章介绍近几年流行的VS Code开发环境，特别介绍了“调试扩展”的结构和工作原理。
• 新增了“老雷点评”，有的是评论技术背景，有的是介绍写作过程，有的是分享作者的感悟。
• 新增了“亲自动手”板块，目的是鼓励读者多动手实践。
• 为了便于携带和阅读，装订为上下两册，上册包含前三篇和前20章，下册包含后两篇和后16章。

阅读本书的最好方法是根据书中的提示，调试各种代码，多动手，多实践。本书的配套网站上（http://advdbg.org）有本书示例程序的源代码和编译好的二进制文件。

在过去的20多年中，计算机硬件和软件的变化可谓翻天覆地。从硬件的角度看变化最大的有两个指标：一个是空间，一个是速度。以我94年的第一台PC和我写作本序言使用的笔记本电脑为例，内存空间从4M变为8G，外存空间从210M变为1.24T（1T机械硬盘加240G固态硬盘），CPU的个数从1个变为8个（4核加超线程），主频从40M变为1.8G。

软件方面变化也很大，首先是体量变大，想当年用1张1.44M的软盘就可以做一张DOS操作系统的工作盘，里面还可以放上很多常用的工具。今天，随随便便的一个软件就是几十M甚至上百兆的安装程序。软件体量的迅猛增长带来的结果是软件的复杂度飞升。复杂度飞升导致的结果是软件的瑕疵增多，测试团队难以发现所有的BUG，于是越来越多的软件都是带着BUG发布。产品期瑕疵的增多，催生了一个新的角色，那就是调试工程师，他们的主要工作便是调试客户报告的产品期问题。今天，很多公司都有专门的调试团队，虽然名字不尽相同，但是大同小异。相对于开发阶段的调试，产品期调试的难度显然更大，对调试者的技术水平要求也更高。

随着专业调试工程师的出现和增多，软件调试技术正在受到越来越多的重视，正在由隐学转变为显学。我相信，很快会有大学开设专门的软件调试课程。

展望软件的未来，旧有的技术将进一步融合，新的技术继续涌现，软件的规模和复杂度持续增大，对软件调试技术的需求也越来越多。

衷心祝愿本书的读者们能使用调试之剑在软件世界中自由驰骋，游刃有余。

张银奎（Raymond Zhang）

于上海格蠹轩

2020年6月21日星期日