2022-04-27 调教编译器，让 lldb 或 gdb 可以访问 vector[ ] 随机内容

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本文探讨了在C++中使用模板编程时遇到的问题，如std::vector的[]操作符在优化后无法追踪，以及如何通过模板特例化解决编译器行为差异。作者分享了经验，介绍了如何通过显式定义operator[]函数来确保gdb和lldb的追踪性，尽管这牺牲了部分性能。

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最近回答了个怪问题，属于较高级内容，需要对C++的模板编程比较了解，我也是经过数次打脸，才基本确定问题。

原问题大概是如下代码：

#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    int t = 0;
    std::cin >> t;
    std::vector<int> num(t);
    for (int i = 0; i < t; i++)
    {
        std::cin >> num[i];
    }
    for (auto i : num)
    {
        std::cout << i;
    }
    return 0;
}

vscode 通过 gdb 进行追踪，无法获取 num[0] 的内容，而且会报错。

我刚开始的思路是编译参数问题，开优化导致 stl 黑魔法，因为我的配置不开 -O2 之类的优化是可以用 lldb 和 gdb 检查 num[0] 的值的。结果啪啪打脸，不对。

之后仔细分析，可能是不同的编译器行为不同引起的。

说来话长，还要从STL库说起。

STL库的容器类为了保证兼容性，使用的是C++的黑魔法模板，如果你看过标准库源代码，大概就能明白为什么称其为黑魔法了。

为了保证性能，容器类的成员函数基本都是 inline 的。

还有一样，大多数人可能不知道，C++的模板是在编译时根据代码进行特例化的，这也是为什么基本无法讲模板的 h 头文件和 cpp 实现文件分开的原因，只能 onlyhead ，如果分开，就无法找到特例化的代码，无法特例化，也就无法使用标准库的设施。

OK，说了这么多废话，和本问题有什么关系呢？

先解释为什么我开优化就不能用gdb追踪 vector[ ] 随机数据呢，因为inline，没错，为了提升效率，编译器把 operator[ ] 函数放到代码中取代了 [ ] 运算符，而没有特例化一个独立的 operator[ ] 函数，既然没有这个函数，也就无法调用，也就无法追踪。

那么提主的编译器没有开优化，为啥也不行呢? 以我个人浅薄的认识，是编译器搞的鬼，它把inline变成默认选项了。

那么如何解这个死结？

调教编译器，强制特例化成员函数，牺牲性能，换取 gdb 的可追踪性。下面是修改代码，在如下代码下，无论是否开优化，gdb 或 lldb 都可以追踪容器的随机数值了。

#include <iostream>
#include <vector>

template <> int &std::vector<int>::operator[](size_type n) noexcept
{
    return this->begin()[n];
}

int main()
{
    int t = 0;
    std::cin >> t;
    std::vector<int> num(t);
    for (int i = 0; i < t; i++)
    {
        std::cin >> num[i];
    }
    for (auto i : num)
    {
        std::cout << i;
    }
    return 0;
}