Net 高级调试之六：对象检查之值类型、引用类型、数组和异常的转储
二、基础知识
1、对象检查
1.1、简介
高级调试的目标就是分析应用程序故障所形成的原因，既然是故障，大多数情况下是对象的某种损坏，这就需要我们深入的了解各种对象的审查方法。
2、各种检查方法
2.1、内存转储
这个方式非常底层，从内存地址上观察地址上的内容，常使用【dp】命令。出来【dp】命令，还有其他一些命令，比如：du，dw，db，da 等，如果想了解更多，可以查看 Windbg 的帮助文档，命令是【.hh】。
2.2、对值类型的转储
对值类型的转储非常的简单，一般通过【dp】命令观察内存地址，从内存上提取内容，可以在结束处观察 esp 指针，当然，如果知道栈地址，我们也可以使用【dp】命令查看内容，效果和查看 esp 是一样的。
2.3、对应用类型的转储
如果我们想查看引用类型的内容，我们可以使用【!do】命令，查看应用类型的内容。
2.4、对数组的转储
C# 数组的内存布局，大概有两种形式，值类型和引用类型。
1）值类型数组。
结构：同步块索引，方法表，数组大小，数组元素1，数组元素2......
2）引用类型数组。
结构：同步块索引，方法表，数组大小，数组元素1，数组元素2......
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|------------------+ +--------------------|
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同步块索引、方法表、内容 同步块索引、方法表、内容
2.5、对异常的转储
有时候，程序存在未处理的异常导致的崩溃，在事后分析 dump 中要是能找到这个异常，对我们分析和解决问题会有很大的帮助。如果我们想查看异常的详情，我们可以使用【!pe（print exception）】命令，打印异常的详情，当然也可以使用【!do】命令查看更详细的异常内容。
三、调试过程
废话不多说，这一节是具体的调试操作的过程，又可以说是眼见为实的过程，在开始之前，我还是要啰嗦两句，这一节分为两个部分，第一部分是测试的源码部分，没有代码，当然就谈不上测试了，调试必须有载体。第二部分就是根据具体的代码来证实我们学到的知识，是具体的眼见为实。
1、测试源码
1.1、Example_6_1_1
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1.2、Example_6_1_2
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1.3、Example_6_1_3
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1.4、Example_6_1_4
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2、眼见为实
项目的所有操作都是一样的，所以就在这里说明一下，但是每个测试例子，都需要重新启动，并加载相应的应用程序，加载方法都是一样的。流程如下：我们编译项目，打开 Windbg，点击【文件】----》【launch executable】附加程序，打开调试器的界面，程序已经处于中断状态。我们需要使用【g】命令，继续运行程序，然后到达指定地点停止后，我们可以点击【break】按钮，就可以调试程序了。有时候可能需要切换到主线程，可以使用【~0s】命令。
2.1、内存转储
测试代码：Example_6_1_1
我们首先去托管堆中查找一下 Person 对象。【dp】命令的 p 是 pointer，指针的意思。
1 0:006> !dumpheap -type Person 2 Address MT Size 3 031424c8 013d4dec 16 4 5 Statistics: 6 MT Count TotalSize Class Name 7 013d4dec 1 16 Example_6_1_1.Person 8 Total 1 objects
031424c8（Person 对象的指针地址） 013d4dec（Person 方法表的地址）
1 0:006> !dumpobj /d 031424c8 2 Name: Example_6_1_1.Person 3 MethodTable: 013d4dec 4 EEClass: 013d12f0 5 Size: 16(0x10) bytes 6 File: E:\Visual Studio 2022\Source\Projects\....\Example_6_1_1\bin\Debug\Example_6_1_1.exe 7 Fields: 8 MT Field Offset Type VT Attr Value Name 9 706342a8 4000001 8 System.Int32 1 instance 20 Age 10 706324e4 4000002 4 System.String 0 instance 031424d8 Name
上面两段代码，红色标注的就是 Person 对象的方法表的地址，他们是一样的。我们有了对象的地址，对象的地址其实就是类型句柄的地址，也就是知道通过快索引的地址，只要减去 0x4就可以，说明一下，每个引用类型都包含【同步块索引】和【类型句柄】。
1 0:006> dp 031424c8-0x4 l4 2 031424c4 00000000 013d4dec 031424d8 00000014
00000000 就是同步块索引，后面的 013d4dec 就是方法表的地址，最后两项就是 Person 具体的值。00000014 就是十进制的20，也就是 Person 对象的 Age 字段的值。031424d8 就是 Person 对象的 Name 的值。我们来验证。
1 0:006> !do 031424d8 2 Name: System.String 3 MethodTable: 706324e4 4 EEClass: 70737690 5 Size: 22(0x16) bytes 6 File: C:\Windows\Microsoft.Net\assembly\GAC_32\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll 7 String: jack 8 Fields: 9 MT Field Offset Type VT Attr Value Name 10 706342a8 4000283 4 System.Int32 1 instance 4 m_stringLength 11 70632c9c 4000284 8 System.Char 1 instance 6a m_firstChar 12 706324e4 4000288 70 System.String 0 shared static Empty 13 >> Domain:Value 01472260:NotInit << 14 15 16 0:006> ? 00000014 17 Evaluate expression: 20 = 00000014
红色标注的就是具体的值。我们可以继续使用【dp】命令，查看 name 的详情。
1 0:006> dp 031424d8 l4 2 031424d8 706324e4 00000004 0061006a 006b0063
031424d8（字符串 Name 的地址） 706324e4（name 的方法表的地址） 00000004（字符串的长度） 0061006a 006b0063（这两项就是具体的值），字符串的长度，我们可以通过 name 的地址加上 0x4，就可以得到字符串的长度。
1 0:006> dp 031424d8+0x4 l4 2 031424dc 00000004 0061006a 006b0063 00000000
为什么是加上 0x4，因为我们在使用【!do】命令，查看 name 详情的时候，m_stringLength 的偏移量是4。
0061006a（看地址，我们是从低地址往高地址看），所以我们先看 006a，然后再查看 0061，006b0063这个地址也是一样的。我们可以使用【du】命令查看它的内容，u就是 Unicode。006a 就是 j，0061就是a，0063就是 c，006b就是k。
1 0:006> du 031424d8+0x8 2 031424e0 "jack"
为什么加 0x8，因为偏移量是8。
2.2、对值类型的转储。
测试代码：Example_6_1_2
我们首先找到栈地址，可以使用【!clrstack】命令，有了栈地址，我们可以使用【bp】命令在该地址上设置断点。
1 0:000> !clrstack 2 OS Thread Id: 0x358c (0) 3 Child SP IP Call Site 4 007af2e0 7566f262 [HelperMethodFrame: 007af2e0] System.Diagnostics.Debugger.BreakInternal() 5 007af35c 7146f195 System.Diagnostics.Debugger.Break() [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\diagnostics\debugger.cs @ 91] 6 007af384 029e0879 Example_6_1_2.Program.Main(System.String[]) [E:\Visual Studio 2022\Source\Projects\...\Example_6_1_2\Program.cs @ 9] 7 007af504 71daf036 [GCFrame: 007af504]
红色标注的【029e0879】就是【Program.Main】方法的栈地址，然后我们设置断点，【g】继续运行。
1 0:000> bp 029e0879 2 0:000> g 3 Breakpoint 0 hit 4 eax=00000000 ebx=007af434 ecx=72227ced edx=00b239b0 esi=00000000 edi=007af3b0 5 eip=029e0879 esp=007af384 ebp=007af398 iopl=0 nv up ei pl zr na pe nc 6 cs=0023 ss=002b ds=002b es=002b fs=0053 gs=002b efl=00000246 7 Example_6_1_2!COM+_Entry_Point <PERF> (Example_6_1_2+0x23d0879): 8 029e0879 90 nop
在断点处暂停，如图：
然后，使用【g】命令，继续运行。
1 0:000> g 2 Breakpoint 1 hit 3 eax=00000000 ebx=007af434 ecx=72227ced edx=00b239b0 esi=00000000 edi=007af3b0 4 eip=029e0896 esp=007af384 ebp=007af398 iopl=0 nv up ei pl zr na pe nc 5 cs=0023 ss=002b ds=002b es=002b fs=0053 gs=002b efl=00000246 6 Example_6_1_2!COM+_Entry_Point <PERF> (Example_6_1_2+0x23d0896): 7 029e0896 90 nop
然后，我们使用【dp esp】命令查看详细，当然我们可以可以使用【dp 007af384】，dp 命令后跟的是栈地址，都是可以的。
1 0:000> dp esp 2 007af384 0000000d 0000000c 0000000b 0000000a 3 007af394 02a024bc 007af3a4 71daf036 00b239b0 4 007af3a4 007af3f8 71db22da 007af434 007af3e8 5 007af3b4 71ea23d0 007af504 71db2284 b7ed3afc 6 007af3c4 007af544 007af4c8 007af47c 71dbec59 7 007af3d4 007af434 00000000 b7ed3afc 007af3b0 8 007af3e4 007af4c8 007af574 71ea09b0 c64cea1c 9 007af3f4 00000001 007af460 71db859b 00000000
红色标注的就是变量赋的值。汇编代码如下：
当然，我们也可以通过【!clrstack -l】命令也可以找到所有局部变量。
1 0:000> !clrstack -l 2 OS Thread Id: 0x358c (0) 3 Child SP IP Call Site 4 007af384 029e0896 Example_6_1_2.Program.Main(System.String[]) [E:\Visual Studio 2022\...\Example_6_1_2\Program.cs @ 15] 5 LOCALS: 6 0x007af390 = 0x0000000a（a 变量的值，等号前面是栈地址） 7 0x007af38c = 0x0000000b（a 变量的值，等号前面是栈地址，等不 a 的栈地址减去 0x4） 8 0x007af388 = 0x0000000c（a 变量的值，等号前面是栈地址，等不 b 的栈地址减去 0x4） 9 0x007af384 = 0x0000000d（a 变量的值，等号前面是栈地址，等不 c 的栈地址减去 0x4） 10 11 007af504 71daf036 [GCFrame: 007af504]
栈地址是由高到低分配的，0x007af384 是变量d 的地址，0x007af384+0x4=0x007af388，这个地址就是c 变量的地址，0x007af388+0x4=0x007af38c，0x007af38c这个地址就是 b 变量的地址，0x007af38c+0x4就是 a 变量的地址，也就是 0x007af390。
2.3、对引用类型的转储。
测试代码：Example_6_1_1
1 0:000> !clrstack -l 2 OS Thread Id: 0x38fc (0) 3 Child SP IP Call Site 4 00aff25c 777110fc [InlinedCallFrame: 00aff25c] 5 00aff258 70d99b71 DomainNeutralILStubClass.IL_STUB_PInvoke(Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr) 6 7 ... 8 9 00aff358 0117088e Example_6_1_1.Program.Main(System.String[]) [E:\Visual Studio 2022\...\Example_6_1_1\Program.cs @ 11] 10 LOCALS: 11 0x00aff360 = 0x02bb24c8 12 13 00aff4dc 71daf036 [GCFrame: 00aff4dc]
我们查看线程栈了，找到了局部变量。也找到了地址，我们通过【!do】或者【!dumpobj】查看Person 变量。
1 0:000> !DumpObj /d 02bb24c8 2 Name: Example_6_1_1.Person 3 MethodTable: 00d14dec 4 EEClass: 00d112f0 5 Size: 16(0x10) bytes 6 File: E:\Visual Studio 2022\Source\Projects\...\Example_6_1_1\bin\Debug\Example_6_1_1.exe 7 Fields: 8 MT Field Offset Type VT Attr Value Name 9 708f42a8 4000001 8 System.Int32 1 instance 20 Age 10 708f24e4 4000002 4 System.String 0 instance 02bb24d8 Name(红色又是一个地址)
红色的可以在【!do】，我们就可以看到详情。
1 0:000> !DumpObj /d 02bb24d8 2 Name: System.String 3 MethodTable: 708f24e4 4 EEClass: 709f7690 5 Size: 22(0x16) bytes 6 File: C:\Windows\Microsoft.Net\assembly\GAC_32\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll 7 String: jack(字符串 name 变量的值) 8 Fields: 9 MT Field Offset Type VT Attr Value Name 10 708f42a8 4000283 4 System.Int32 1 instance 4 m_stringLength 11 708f2c9c 4000284 8 System.Char 1 instance 6a m_firstChar 12 708f24e4 4000288 70 System.String 0 shared static Empty 13 >> Domain:Value 00d6d780:NotInit <<
说明：我们有了对象的地址，也可以使用【dp】命令，只不过不太好看。
1 0:000> dp 02bb24c8 l4 2 02bb24c8 00d14dec 02bb24d8 00000014 80000000
00d14dec 这个地址就是 Person 对象的方法表的地址，02bb24d8 就是name 变量的地址。00000014 就是 age 变量的值。
2.4、对数组的转储。
测试代码：Example_6_1_3
1）值类型数组
我们定义的数组：int[] intArr = { 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 };
我们先打印出线程栈。
1 0:000> !clrstack -l 2 OS Thread Id: 0x2e54 (0) 3 Child SP IP Call Site 4 00afeeec 7566f262 [HelperMethodFrame: 00afeeec] System.Diagnostics.Debugger.BreakInternal() 5 00afef68 7146f195 System.Diagnostics.Debugger.Break() [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\diagnostics\debugger.cs @ 91] 6 7 00afef90 00ce0920 Example_6_1_3.Program.Main(System.String[]) [E:\Visual Studio 2022\...\Example_6_1_3\Program.cs @ 13] 8 LOCALS: 9 0x00afef9c = 0x02b82518(int 数组，值类型数组) 10 0x00afef98 = 0x02b82574（string 数组，引用类型的数组） 11 12 00aff118 71daf036 [GCFrame: 00aff118]
我们可以点击栈地址后面的地址，就可以查看详情，相当于【!do】命令。
1 0:000> !DumpObj /d 02b82518 2 Name: System.Int32[] 3 MethodTable: 708f426c 4 EEClass: 709f805c 5 Size: 56(0x38) bytes 6 Array: Rank 1, Number of elements 11, Type Int32 (Print Array) 7 Fields: 8 None 9 0:000> !DumpObj /d 02b82574 10 Name: System.String[] 11 MethodTable: 708f2d74 12 EEClass: 709f7820 13 Size: 32(0x20) bytes 14 Array: Rank 1, Number of elements 5, Type CLASS (Print Array) 15 Fields: 16 None
使用【dp】命令，查看结果。
1 0:000> dp 0x02b82518-0x4 L20（为什么要减去 0x4，因为当前对象的指针指向方法表，每个域是占用4个字节，L20 的l 是不区分大小写的） 2 02b82514 00000000 708f426c 0000000b 0000000a 3 02b82524 0000000b 0000000c 0000000d 0000000e 4 02b82534 0000000f 00000010 00000011 00000012 5 02b82544 00000013 00000014 00000000 708f4354 6 02b82554 00000000 00000000 00000000 00000000 7 02b82564 00000000 00000000 00c44dd8 00000000 8 02b82574 708f2d74 00000005 02b824c8 02b824d8 9 02b82584 02b824e8 02b824f8 02b82508 00000000
00000000 表示的同步块所有，为0就是什么数据都没有，708f426c 就是方法表的地址。0000000b 表示的数组长度，十进制是11，表示有11个元素。此项后面的就是数组元素了。
如果想可视化的查看，可以使用命令【!da -details】，内容太多，折叠了。
View Code
2）引用类型数组
我们定义的数组：string[] stringArr = { "1", "2", "3", "4", "5" };
1 0:000> !clrstack -l 2 OS Thread Id: 0x2e54 (0) 3 Child SP IP Call Site 4 00afeeec 7566f262 [HelperMethodFrame: 00afeeec] System.Diagnostics.Debugger.BreakInternal() 5 00afef68 7146f195 System.Diagnostics.Debugger.Break() [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\diagnostics\debugger.cs @ 91] 6 7 00afef90 00ce0920 Example_6_1_3.Program.Main(System.String[]) [E:\Visual Studio 2022\...\Example_6_1_3\Program.cs @ 13] 8 LOCALS: 9 0x00afef9c = 0x02b82518 10 0x00afef98 = 0x02b82574（引用类型的数组） 11 12 00aff118 71daf036 [GCFrame: 00aff118] 13 0:000> !DumpObj /d 02b82574 14 Name: System.String[] 15 MethodTable: 708f2d74 16 EEClass: 709f7820 17 Size: 32(0x20) bytes 18 Array: Rank 1, Number of elements 5, Type CLASS (Print Array) 19 Fields: 20 None
我们同样使用【dp】命令，查看详情。
1 0:000> dp 02b82574-0x4 l20 2 02b82570 00000000（同步块索引） 708f2d74（方法表） 00000005（数组的长度是5） 02b824c8（具体的元素了，是一个地址，可以使用【!do】命令） 3 02b82580 02b824d8 02b824e8 02b824f8 02b82508 4 02b82590 00000000 7093dbc4 00000002 00000000 5 02b825a0 7093dbc4 00000001 00000000 709444c4 6 02b825b0 00000000 02b82768 00000000 00000018 7 02b825c0 00000008 00000001 00000006 00000000 8 02b825d0 70944500 00000000 02b82640 02b826d4 9 02b825e0 02b825f0 00000004 00000011 00000000
我们使用【!do】命令，查看元素详情。
View Code当然，我们也可以使用【!da -details】命令。
View Code
2.5、异常的转储
测试代码：Example_4_1_2
我们必须先要下载 procdump 程序，这个程序分两个版本，32 位和64 位的，使用它注册 aedebug。打开 procdump 文件所在的目录，就可以执行下面的命令了。
操作步骤：
1）下载 procdump
下载地址：https://learn.microsoft.com/zh-cn/sysinternals/downloads/procdump
2）创建保存dump的目录，不创建会出错。
F:\Test\TestDump
3）注册 Aedbug。
打开 cmd 窗口，执行如下的命令：procdump -ma -i F:\Test\TestDump
4）运行程序，保存dump
故意输入0，系统崩溃。
5）运行 windbg
我们打开 windbg Preview，点击【文件】菜单，然后选择【Open dump file】,打开文件。
我们输出所有线程，使用【!t】命令。
1 0:000> !t 2 ThreadCount: 2 3 UnstartedThread: 0 4 BackgroundThread: 1 5 PendingThread: 0 6 DeadThread: 0 7 Hosted Runtime: no 8 Lock 9 ID OSID ThreadOBJ State GC Mode GC Alloc Context Domain Count Apt Exception 10 0 1 2048 0081da18 2a020 Preemptive 0284F400:00000000 00817c30 0 MTA System.DivideByZeroException 028450c0 11 5 2 334c 0082db60 2b220 Preemptive 00000000:00000000 00817c30 0 MTA (Finalizer)
红色标注，说明主线程发生了异常。继续使用【!pe[exception]】命令查看异常详情。
1 :000> !pe 2 Exception object: 028450c0 3 Exception type: System.DivideByZeroException 4 Message: 尝试除以零。 5 InnerException: <none> 6 StackTrace (generated): 7 SP IP Function 8 006FEFE0 026408A5 Example_6_1_4!Example_6_1_4.Program.Main(System.String[])+0x5d 9 10 StackTraceString: <none> 11 HResult: 80020012
我们可以继续使用【!do】命令查看异常对象。
1 0:000> !DumpObj /d 028450c0 2 Name: System.DivideByZeroException 3 MethodTable: 708fd01c 4 EEClass: 70ad84fc 5 Size: 84(0x54) bytes 6 File: C:\Windows\Microsoft.Net\assembly\GAC_32\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll 7 Fields: 8 MT Field Offset Type VT Attr Value Name 9 708f24e4 40002a4 4 System.String 0 instance 0284ce64 _className 10 708f6f28 40002a5 8 ...ection.MethodBase 0 instance 00000000 _exceptionMethod 11 708f24e4 40002a6 c System.String 0 instance 00000000 _exceptionMethodString 12 708f24e4 40002a7 10 System.String 0 instance 0284b5d8 _message 13 7093f8fc 40002a8 14 ...tions.IDictionary 0 instance 00000000 _data 14 708f25d4 40002a9 18 System.Exception 0 instance 00000000 _innerException 15 708f24e4 40002aa 1c System.String 0 instance 00000000 _helpURL 16 708f2734 40002ab 20 System.Object 0 instance 0284b670 _stackTrace 17 708f2734 40002ac 24 System.Object 0 instance 0284b6a0 _watsonBuckets 18 708f24e4 40002ad 28 System.String 0 instance 00000000 _stackTraceString 19 708f24e4 40002ae 2c System.String 0 instance 00000000 _remoteStackTraceString 20 708f42a8 40002af 3c System.Int32 1 instance 0 _remoteStackIndex 21 708f2734 40002b0 30 System.Object 0 instance 00000000 _dynamicMethods 22 708f42a8 40002b1 40 System.Int32 1 instance -2147352558 _HResult 23 708f24e4 40002b2 34 System.String 0 instance 00000000 _source 24 708f7b18 40002b3 44 System.IntPtr 1 instance 6fe8a4 _xptrs 25 708f42a8 40002b4 48 System.Int32 1 instance -1073741676 _xcode 26 70903adc 40002b5 4c System.UIntPtr 1 instance 0 _ipForWatsonBuckets 27 709362d0 40002b6 38 ...ializationManager 0 instance 0284b654 _safeSerializationManager 28 708f2734 40002a3 84 System.Object 0 shared static s_EDILock 29 >> Domain:Value 00817c30:NotInit <<
四、总结
终于写完了，为什么说是终于，因为写这一篇文章，不是一天完成的。今天介绍的是值类型、应用类型的区别，另外在加上数组和异常崩溃的解决思路，现在终于做到知其一也知其二了，但是这个过程不好熬。为什么不好熬呢，基础差，没有汇编基础，什么栈帧，栈地址，都没有什么概念，没有别的办法，努力补充起来，底层的东西，一遍肯定是不行的。好了，不说了，不忘初心，继续努力，希望老天不要辜负努力的人。
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