原生断点调试

[gaoconggit]

参考开源项目dnspy实现像 visual studio那样的断点调试功能

[gaoconggit]

@claude 实现这个特性

[claude]

Claude finished @gaoconggit's task —— View job

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实现原生断点调试功能

任务清单

• 分析项目当前架构和代码执行机制
• 研究 dnspy 的调试实现方案
• 研究 .NET 调试 API 和协议
• 设计 SharpPad 的调试架构
• 制定详细的实现计划

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分析总结

当前架构

SharpPad 当前使用 编译-执行 模式:

• 使用 Roslyn 编译代码为程序集
• 通过 AssemblyLoadContext 加载并执行
• 输出通过 SSE (Server-Sent Events) 流式传输
• 没有调试基础设施

调试需求分析

要实现类似 Visual Studio 的断点调试功能,需要以下核心能力:

前端 (Monaco Editor)

• 断点 UI (在行号旁显示/设置断点)
• 调试工具栏 (继续、单步执行、单步跳过、单步跳出、停止)
• 变量查看面板
• 调用堆栈面板
• 监视表达式面板

后端 (.NET)

• 调试会话管理
• 断点管理和绑定
• 进程控制 (暂停、继续、单步)
• 变量检查和求值
• 调用堆栈获取

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技术方案研究

方案一: 使用 Debug Adapter Protocol (DAP) + netcoredbg

优点:

• 标准化协议,被广泛支持 (VS Code, Monaco Editor)
• netcoredbg 是成熟的开源项目,支持 .NET Core 调试
• 与 Monaco Editor 集成相对容易
• 协议文档完善

缺点:

• 需要集成外部调试器进程
• 架构复杂度增加
• 跨平台部署需要包含 netcoredbg 二进制文件

实现要点:

前端 (Monaco) → DAP Client → WebSocket/HTTP → ASP.NET Core (DAP 代理) → netcoredbg (DAP Server) → 用户代码进程

方案二: 使用 .NET Debugging APIs 直接实现

优点:

• 完全控制调试体验
• 不依赖外部进程
• 可以深度定制

缺点:

• 开发工作量巨大
• 需要深入理解 CLR 调试 API
• 维护成本高
• 可能需要非托管代码 (P/Invoke)

关键 API:

• System.Diagnostics.Debugger
• CLR Debugging API (ICorDebug 接口)
• Microsoft.Diagnostics.Runtime (ClrMD)

方案三: 混合方案 - 简化的调试支持

优点:

• 开发成本适中
• 可以快速提供基本调试功能
• 渐进式增强

缺点:

• 功能可能不如完整调试器
• 需要自定义协议

实现策略:

• 使用 Roslyn 的语义分析在源码中插入断点 "钩子"
• 通过注入的代码实现暂停和状态检查
• 通过反射获取变量信息

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推荐实现方案

基于 SharpPad 的 Web 架构和开发复杂度,我建议采用 方案一 (DAP + netcoredbg) 作为长期目标,但先实现 方案三 的简化版本作为快速原型。

阶段一: 简化调试支持 (快速实现)

前端改造:

1. 集成 monaco-breakpoints 库实现断点 UI
2. 添加简单的调试控制面板 (运行、暂停、继续、停止)
3. 添加变量查看区域

后端改造:

1. 修改代码执行流程,支持 "调试模式"
2. 使用 Roslyn 语法树转换,在断点行插入回调代码
3. 实现调试状态管理和变量检查 API
4. 添加 WebSocket 支持实时调试通信

新增 API 端点:

POST /api/debug/start       - 启动调试会话
POST /api/debug/setBreakpoints - 设置断点
POST /api/debug/continue    - 继续执行
POST /api/debug/stepOver    - 单步跳过
POST /api/debug/stepInto    - 单步进入
POST /api/debug/stepOut     - 单步跳出
GET  /api/debug/variables   - 获取变量
POST /api/debug/evaluate    - 求值表达式
POST /api/debug/stop        - 停止调试

代码注入示例:
原始代码:

int x = 10;        // 第 1 行 - 设置断点
int y = x * 2;     // 第 2 行
Console.WriteLine(y);

转换后:

int x = 10;
__Debugger.CheckBreakpoint(1, () => new { x }); // 注入的断点检查
int y = x * 2;
Console.WriteLine(y);

阶段二: 完整 DAP 集成 (完善功能)

1. 集成 netcoredbg 作为独立进程
2. 实现 DAP 协议代理
3. 支持条件断点、日志点
4. 支持监视表达式
5. 支持多线程调试

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详细实现计划 (阶段一)

1. 前端实现 (Monaco Editor)

1.1 安装依赖

npm install monaco-breakpoints

1.2 实现断点管理器 (wwwroot/debug/breakpointManager.js)

import { MonacoBreakpoint } from 'monaco-breakpoints';

export class BreakpointManager {
    constructor(editor) {
        this.instance = new MonacoBreakpoint({ editor });
        this.breakpoints = new Set();
        
        this.instance.on('breakpointChanged', breakpoints => {
            this.breakpoints = new Set(breakpoints.map(bp => bp.lineNumber));
            this.onBreakpointsChanged?.(Array.from(this.breakpoints));
        });
    }
    
    getBreakpoints() {
        return Array.from(this.breakpoints);
    }
    
    setLineHighlight(lineNumber) {
        this.instance.setLineHighlight(lineNumber);
    }
    
    removeHighlight() {
        this.instance.removeHighlight();
    }
}

1.3 创建调试工具栏 (wwwroot/debug/debugToolbar.js)

export class DebugToolbar {
    constructor(debugSession) {
        this.debugSession = debugSession;
        this.createToolbar();
    }
    
    createToolbar() {
        // 创建包含 继续、单步执行、单步跳过、单步跳出、停止 按钮的工具栏
    }
}

1.4 实现调试会话客户端 (wwwroot/debug/debugSession.js)

export class DebugSession {
    constructor(editor, breakpointManager) {
        this.editor = editor;
        this.breakpointManager = breakpointManager;
        this.isDebugging = false;
        this.currentLine = null;
    }
    
    async start(code, breakpoints) {
        // 发送 /api/debug/start 请求
    }
    
    async continue() {
        // 发送 continue 请求
    }
    
    async stepOver() {
        // 发送 stepOver 请求
    }
    
    // ... 其他调试命令
}

2. 后端实现

2.1 创建调试器基础设施 (MonacoRoslynCompletionProvider/Debugging/)

DebugSession.cs - 调试会话管理

public class DebugSession
{
    public string SessionId { get; set; }
    public CancellationTokenSource CancellationToken { get; set; }
    public Dictionary<int, BreakpointInfo> Breakpoints { get; set; }
    public DebugState State { get; set; }
    public int? CurrentLine { get; set; }
    public Dictionary<string, object> Variables { get; set; }
}

public enum DebugState
{
    NotStarted,
    Running,
    Paused,
    Stopped
}

BreakpointInjector.cs - 断点代码注入

public class BreakpointInjector
{
    public static string InjectBreakpoints(string sourceCode, List<int> breakpointLines)
    {
        // 使用 Roslyn 解析语法树
        // 在指定行注入断点检查代码
        // 返回修改后的代码
    }
}

DebuggerRuntime.cs - 调试运行时支持

public static class DebuggerRuntime
{
    private static ConcurrentDictionary<string, DebugSession> _sessions = new();
    
    public static void CheckBreakpoint(string sessionId, int lineNumber, Func<object> getLocals)
    {
        if (_sessions.TryGetValue(sessionId, out var session))
        {
            if (session.Breakpoints.ContainsKey(lineNumber))
            {
                // 暂停执行
                session.State = DebugState.Paused;
                session.CurrentLine = lineNumber;
                session.Variables = ExtractVariables(getLocals());
                
                // 等待继续信号
                WaitForContinue(session);
            }
        }
    }
}

2.2 创建调试 API 控制器 (SharpPad/Controllers/DebugController.cs)

[ApiController]
[Route("api/[controller]")]
public class DebugController : ControllerBase
{
    [HttpPost("start")]
    public async Task<IActionResult> StartDebug([FromBody] DebugStartRequest request)
    {
        // 1. 注入断点代码
        // 2. 编译代码
        // 3. 创建调试会话
        // 4. 启动执行 (在独立线程中)
        // 5. 返回会话ID
    }
    
    [HttpPost("continue")]
    public IActionResult Continue([FromBody] DebugCommandRequest request)
    {
        // 发送继续信号给调试会话
    }
    
    [HttpPost("stepOver")]
    public IActionResult StepOver([FromBody] DebugCommandRequest request)
    {
        // 实现单步跳过
    }
    
    [HttpGet("variables")]
    public IActionResult GetVariables(string sessionId)
    {
        // 返回当前作用域的变量
    }
    
    // ... 其他端点
}

3. UI 集成

3.1 修改主界面 (wwwroot/index.html)

• 添加调试工具栏区域
• 添加变量查看面板 (可折叠)
• 添加调用堆栈面板 (可选)

3.2 更新样式 (wwwroot/css/)

• 调试工具栏样式
• 断点高亮样式
• 当前执行行高亮样式

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实现估算

开发工作量:

• 阶段一 (简化版): 约 40-60 小时

  • 前端: 20-30 小时
  • 后端: 20-30 小时

• 阶段二 (DAP 完整版): 约 80-120 小时

  • DAP 协议集成: 30-40 小时
  • netcoredbg 集成: 20-30 小时
  • 高级功能: 30-50 小时

技术风险:

• 中等: 代码注入可能影响某些复杂语法结构
• 中等: 多线程调试状态同步复杂
• 低: 前端 UI 集成相对成熟

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下一步建议

由于这是一个复杂的功能,建议:

1. 确认实现范围: 您希望实现哪个阶段?

   • 阶段一: 基本断点调试 (变量查看、单步执行)
   • 阶段二: 完整 DAP 支持

2. 优先级排序: 哪些调试功能最重要?

   • 必须: 断点、继续、变量查看
   • 重要: 单步执行、表达式求值
   • 可选: 条件断点、监视表达式、多线程

3. 分阶段实现: 我建议先实现一个最小可用版本 (MVP):

   • 基本断点设置
   • 运行到断点暂停
   • 查看局部变量
   • 继续执行

请告诉我您希望如何推进这个功能,我可以开始实现 MVP 或者继续细化某个具体部分的设计。

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Job Run • Branch: claude/issue-54-20251001-1304