如何实现一个“万能”的调试打印函数

发表于2021年7月30日2021年7月31日作者桔子菌

原文链接：http://www.juzicode.com/cpp-note-debug-print-code-model

在阅读第三方库或者大型工程的源码时，只是走读源码通常很难获得详细的代码运行过程，这时候我们可能就希望通过在源码中增加些输出信息再编译运行，从输出上就可以很方便地看到函数的调用关系，特别是包含很多if、for等流程控制语句时，通过插入打印信息可以观察到程序运行到哪个分支。

下面是一个简化处理的例子，通过在被调用函数内部的入口和出口分别输入2个cout语句，这样在main中就能方便的观察到程序的调用过程：

//juzicode.com/vx:桔子code
#include "iostream"
int add(int a, int b)
{
    std::cout << "add() enter-----" <<std::endl;
    int ret = a + b;
    /* ......
    */
    std::cout << "add() -----QUIT" << std::endl;
    return ret;
}
int sub(int a, int b) 
{
    std::cout << "sub() enter-----" << std::endl;
    int ret = a - b;
    /* ......
    */
    std::cout << "sub() -----QUIT" << std::endl;
    return ret;
}
int main(void)
{
    int sum = add(10, 60);
    int diff = sub(100, 50);
    return 0;
}

运行结果：

add() enter-----
add() -----QUIT
sub() enter-----
sub() -----QUIT

如果还希望观察到函数的入参的值是多少、流程控制语句的跳转情况，我们就需要再增加些语句：

int add(int a, int b)
{
    std::cout << "add() enter-----" <<std::endl;
    std::cout << "a=" << a << std::endl; //继续增加
    std::cout << "b=" << b << std::endl;
    int ret = a + b;
    /* ......
    */
    std::cout << "add() -----QUIT" << std::endl;
    return ret;
}

随着要观察的信息增多，需要输入越来越多的cout语句，对于桔子菌这种强迫症来说一个”<“符号需要同时按下shift和”<“键都觉得有点麻烦，有没有更简便的方法呢？

当然有了，就是用函数做封装：

//juzicode.com/vx:桔子code
#include "iostream"
#include "string"
void dbgprt(std::string str)
{
    std::cout << str << std::endl;
}
void dbgprt(std::string str, int a)
{
    std::cout << str << " " << a << std::endl;
}
int add(int a, int b)
{
    dbgprt("add() enter-----");
    dbgprt("a=", a);
    dbgprt("b=", b);
    int ret = a + b;
    /* ......
    */
    dbgprt("add() -----quit");
    return ret;
}

运行结果：

add() enter-----
a= 10
b= 60
add() -----quit
sub() enter-----
sub() -----quit

看起来效果还不错，但是这里只定义了2种类型的dbgprt()函数，如果要是再有其他的float，double等类型入参的函数又得要重新增加一个入参是float或者double型的dbgprt()函数。

这里插播一句，虽然可以像下面这样直接调用dbgprt()函数不会出现编译错误：

double add(double a, double b)
{
    dbgprt("add() enter-----");
    dbgprt("a=", a);
    dbgprt("b=", b);
    double ret = a + b;
    /* ......
    */
    dbgprt("add() -----quit");
    return ret;
}
int main(void)
{
    double sum2 = add(10.1, 60.1);
    return 0;
}

但是运行结果显示，double型的入参a和b被转换成了整型的10和60了，而不是真实的10.1和60.1：

add() enter-----
a= 10
b= 60
add() -----quit

要解决这个问题，需要定义一个能将2个double型的变量显示出来的dbgprt()函数，但是随着dbgprt()入参个数的增加，假设要显示的入参种类有m种，就会出现n个入参有n*m种组合的情况，一个劲地重载n*m个dbgprt()函数头都要秃了。

其实我们可以使用函数模板的方法，下面就是将原来的2个dbgprt()函数改造后，不再需要指定函数的入参类型，交给编译器在编译的时候去自动推导参数类型选择合适的函数调用，这样处理后n个参数就只需要定义n个函数了。

template <typename T1>
void dbgprt(T1 v1)
{
    std::cout << v1 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2>
void dbgprt(T1 v1, T2 v2)
{
    std::cout << v1 << " "<< v2 << std::endl;
}

完整的例子：

//juzicode.com/vx:桔子code
#include "iostream"
#include "string"
template <typename T1>
void dbgprt(T1 v1)
{
    std::cout << v1 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2>
void dbgprt(T1 v1, T2 v2)
{
    std::cout << v1 << " "<< v2 << std::endl;
}
double add(double a, double b)
{
    dbgprt("add() enter-----");
    dbgprt("a=", a);
    dbgprt("b=", b);
    double ret = a + b;
    /* ......
    */
    dbgprt("add() -----quit");
    return ret;
}
int add(int a, int b)
{
    dbgprt("add() enter-----");
    dbgprt("a=", a);
    dbgprt("b=", b);
    int ret = a + b;
    /* ......
    */
    dbgprt("add() -----quit");
    return ret;
}
int sub(int a, int b) 
{
    dbgprt("sub() enter-----");
    dbgprt("a=", a);
    dbgprt("b=", b);
    int ret = a - b;
    /* ......
    */
    dbgprt("sub() -----quit");
    return ret;
}
int main(void)
{
    int sum = add(10, 60);
    double sum2 = add(10.1, 60.1);
    int diff = sub(100, 50);
    return 0;
}

从下面的运行结果可以看到double类型的数据能正确显示了：

add() enter-----
a= 10
b= 60
add() -----quit
add() enter-----
a= 10.1     //这里可以看到double型的数值能正确显示了
b= 60.1
add() -----quit
sub() enter-----
a= 100
b= 50
sub() -----quit

前面的函数模板还只能适用最多2个参数的情况，如果希望能增加更多个数的入参，还可以像下面这样继续增加更多的函数模板：

//juzicode.com/vx:桔子code
#include "iostream"
#include "string"
template <typename T1>
void dbgprt(T1 v1)
{
    std::cout << v1 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2>
void dbgprt(T1 v1, T2 v2)
{
    std::cout << v1 << " " << v2  <<std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3>
void dbgprt(T1 v1, T2 v2, T3 v3)
{
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3, typename T4>
void dbgprt(T1 v1, T2 v2, T3 v3, T4 v4)
{
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << " " << v4 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3, typename T4, typename T5>
void dbgprt(T1 v1, T2 v2, T3 v3, T4 v4, T5 v5)
{
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << " " << v4 << " " << v5 << std::endl;
}
......

到目前为止，解决了随着参数增加需要大量增加编写dbgprt()的问题。

当打印非常多的时候，满屏都是各种变量名称，为了分辨某一个变量是在哪个函数内部，往往还需要上下翻动查找在什么地方进入了哪个函数内部。比如前面的add()和sub()的例子中都有名称为a和b的变量，要分别清楚是在哪个函数内部的a和b的变量还需要往前往后翻看进入的是哪个函数，最好的解决办法是在输出变量名称前将函数名称也输出了，可以像下面这样在dbgprt()的第1个入参输入函数名称：

int add(int a, int b)
{
    dbgprt("add", "enter-----"); //在第1个入参加入函数名称
    dbgprt("add", " a=", a);
    dbgprt("add", " b=", b);
    int ret = a + b;
    /* ......
    */
    dbgprt("add", "-----quit");
    return ret;
}
int sub(int a, int b)
{
    dbgprt("sub", "enter-----");
    dbgprt("sub", " a=", a);
    dbgprt("sub", " b=", b);
    int ret = a - b;
    /* ......
    */
    dbgprt("sub", "-----quit");
    return ret;
}

运行结果：

add enter-----
add  a= 10
add  b= 60
add -----quit
sub enter-----
sub  a= 100
sub  b= 50
sub -----quit

这样看每个变量位于哪个函数内部就一目了然了。

但是，这样真的好吗，当有100个函数要跟踪的时候，你真的会一行一行的敲，而不是偷个懒复制粘贴再修改？修改的过程是不是会很烦人，会不会偶尔改错？更偷懒的办法就是不用每次输入不同的函数名称，而是用一个统一的“变量”？是的，有这么个宏：__FUNCTION__，它在哪个函数内部，就代表了哪个函数的字符串形式的名称：

int add(int a, int b)
{
    dbgprt( __FUNCTION__, "enter-----");
    dbgprt( __FUNCTION__, " a=", a);
    dbgprt( __FUNCTION__, " b=", b);
    int ret = a + b;
    /* ......
    */
    dbgprt( __FUNCTION__, "-----quit");
    return ret;
}
int sub(int a, int b) 
{
    dbgprt( __FUNCTION__, "enter-----");
    dbgprt( __FUNCTION__, " a=", a);
    dbgprt( __FUNCTION__, " b=", b);
    int ret = a - b;
    /* ......
    */
    dbgprt( __FUNCTION__, "-----quit");
    return ret;
}

运行结果：

add enter-----
add  a= 10
add  b= 60
add -----quit
sub enter-----
sub  a= 100
sub  b= 50
sub -----quit

其实从上面的代码可以看到，每个dbgprt()函数的第1个入参都是__FUNCTION__，何必要每次都输入呢，是不是想到把它直接挪到dbgprt()函数内部？试过之后是不行的，因为__FUNCTION__所代表的含义和它所在的位置强相关，它在哪个函数内部表示的就是哪个函数的名称，如果都挪到dbgprt()中最后显示的都是“dbgprt”了。

木有办法了吗？不是的，还是有办法的，召唤宏啊，因为宏是先在当前位置展开后再编译的，在哪个函数内部调用就在这个函数内部展开后再编译。可以像下面这样：

#define DBGPRT(...) dbgprt(__FUNCTION__,__VA_ARGS__)

int add(int a, int b)
{
    DBGPRT("enter-----");
    DBGPRT(" a=", a);
    DBGPRT(" b=", b);
    int ret = a + b;
    /* ......
    */
    DBGPRT("-----quit");
    return ret;
}
int sub(int a, int b) 
{
    DBGPRT("enter-----");
    DBGPRT(" a=", a);
    DBGPRT(" b=", b);
    int ret = a - b;
    /* ......
    */
    DBGPRT("-----quit");
    return ret;
}

上面这样就和在函数内部调用dbgprt( __FUNCTION__, “enter—–“)效果一致了。

有时候我们可能在发布程序的时候不想将过多的内容显示出来，这时就需要再增加一个开关PRT_LEVEL，在dbgprt()函数内部根据这个开关做判断，决定是否输出打印：


#define PRT_LEVEL 1

template <typename T1>
void dbgprt(int level,T1 v1)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2, T3 v3)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << std::endl;
}

#define DBGPRT(...) dbgprt(1,__FUNCTION__,__VA_ARGS__)

像上面这样调用DBGPRT(…)，在发布程序的时候不需要显示过多的打印内容，增大PRT_LEVEL的值就可以关闭输出了。

有了这些内容，再将dbgprt()这些内容封装到头文件中，在其他文件内包含这个头文件就可以愉快地用DBGPRT(…)跟踪代码了。

完整的头文件代码：

//juzicode.com/vx:桔子code

#ifndef __DBGPRT
#define __DBGPRT
#include <iostream>
#include <string>

#define PRT_LEVEL 1

template <typename T1>
void dbgprt(int level,T1 v1)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2, T3 v3)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << std::endl;
}

template <typename T1, typename T2, typename T3, typename T4>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2, T3 v3, T4 v4)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << " " << v4 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3, typename T4, typename T5>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2, T3 v3, T4 v4, T5 v5)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << " " << v4 << " " << v5 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3, typename T4, typename T5, typename T6>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2, T3 v3, T4 v4, T5 v5, T6 v6)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << " " << v4 << " " << v5 << " " << v6 << std::endl;
}
template <typename T1, typename T2, typename T3, typename T4, typename T5, typename T6, typename T7>
void dbgprt(int level, T1 v1, T2 v2, T3 v3, T4 v4, T5 v5, T6 v6, T7 v7)
{
    if (level < PRT_LEVEL) return;
    std::cout << v1 << " " << v2 << " " << v3 << " " << v4 << " " << v5 << " " << v6 << " " << v7 << std::endl;
}

#define DBGPRT(...) dbgprt(1,__FUNCTION__,__VA_ARGS__)

#endif

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