使用gdb調(diào)試

我們將會(huì)使用GNU調(diào)試器，gdb，來(lái)調(diào)試這個(gè)程序。這是一個(gè)可以免費(fèi)得到并且可以用于多個(gè)Unix平臺(tái)的功能強(qiáng)大的調(diào)試器。他也是Linux系統(tǒng)上的默認(rèn)調(diào)試器。gdb已經(jīng)被移植到許多其他平臺(tái)上，并且可以用于調(diào)試嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

啟動(dòng)gdb

讓我們重新編譯我們的程序用于調(diào)試并且啟動(dòng)gdb。

$ cc -g -o debug3 debug3.c
$ gdb debug3
GNU gdb 5.2.1
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(gdb)

gdb具有豐富的在線幫助，以及可以使用info程序進(jìn)行查看或是在Emacs中進(jìn)行查看的完整手冊(cè)。

(gdb) help
List of classes of commands:
aliases — Aliases of other commands
breakpoints — Making program stop at certain points
data — Examining data
files — Specifying and examining files
internals — Maintenance commands
obscure — Obscure features
running — Running the program
stack — Examining the stack
status — Status inquiries
support — Support facilities
tracepoints — Tracing of program execution without stopping the program
user-defined — User-defined commands
Type “help” followed by a class name for a list of commands in that class.
Type “help” followed by command name for full documentation.
Command name abbreviations are allowed if unambiguous.
(gdb)

gdb本身是一個(gè)基于文本的程序，但是他確實(shí)了一些有助于重復(fù)任務(wù)的簡(jiǎn)化操作。許多版本具有一個(gè)命令行編輯歷史，從而我們可以在命令歷史中進(jìn)行滾動(dòng)并且再次執(zhí)行相同的命令。所有的版本都支持一個(gè)"空白命令"，敲擊Enter會(huì)再次執(zhí)行上一條命令。當(dāng)我們使用step或是next命令在一個(gè)程序中分步執(zhí)行特殊有用。

運(yùn)行一個(gè)程序

我們可以使用run命令執(zhí)行這個(gè)程序。我們?yōu)閞un命令所指定的所有命令都作為參數(shù)傳遞給程序。在這個(gè)例子中，我們并不需要任何參數(shù)。

我們?cè)谶@里假設(shè)我們的系統(tǒng)與作者的類似，也產(chǎn)生了內(nèi)存錯(cuò)誤的錯(cuò)誤信息。如果不是，請(qǐng)繼續(xù)閱讀。我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們自己的程序生成一個(gè)內(nèi)存錯(cuò)誤時(shí)應(yīng)怎么辦。如果我們并不沒(méi)有得到內(nèi)存錯(cuò)誤信息，但是我們?cè)陂喿x本書(shū)時(shí)希望運(yùn)行這個(gè)例子，我們可以拾起第一個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)問(wèn)題已經(jīng)被修復(fù)的debug4.c。

(gdb) run
Starting program: /home/neil/BLP3/chapter10/debug3
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x080483c0 in sort (a=0x8049580, n=5) at debug3.c:23
23????? /* 23 */??????????????????????? if(a[j].key > a[j+1].key) {
(gdb)

如前面一樣，我們程序并沒(méi)有正確運(yùn)行。當(dāng)程序失敗時(shí)，gdb會(huì)向我們顯示原因以及位置。現(xiàn)在我們可以檢測(cè)問(wèn)題背后的原因。

依據(jù)于我們的內(nèi)核，C庫(kù)，以及編譯器選項(xiàng)，我們所看到的程序錯(cuò)誤也許有所不同，例如，也許當(dāng)數(shù)組元素交換時(shí)是在25行，而不是數(shù)組元素比較時(shí)的23行。如果是這種情況，我們也許會(huì)看到如下的輸出：

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x8000613 in sort (a=0x8001764, n=5) at debug3.c:25
25????? /* 25 */??????????????????????????????? a[j] = a[j+1];

我們?nèi)匀豢梢宰裱缦碌膅db例子會(huì)話。

棧追蹤

程序已經(jīng)在源文件debug3.c的第23行處的sort函數(shù)停止。如果我們并沒(méi)有使用額外的調(diào)試信息來(lái)編譯這個(gè)程序，我們就不能看到程序在哪里失敗，也不能使用變量名來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

我們可以通過(guò)使用backstrace命令來(lái)查看我們是如何到達(dá)這個(gè)位置的。

(gdb) backtrace
#0 0x080483c0 in sort (a=0x8049580, n=5) at debug3.c:23
#1 0x0804849b in main () at debug3.c:37
#2 0x400414f2 in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6
(gdb)

這個(gè)是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的程序，而且追蹤信息很短小，因?yàn)槲覀儾](méi)有在其他的函數(shù)內(nèi)部來(lái)調(diào)用許多函數(shù)。我們可以看到sort是由同一個(gè)文件debug3.c中37行處的main來(lái)調(diào)用的。通常，問(wèn)題會(huì)更為復(fù)雜，而我們可以使用backtrace來(lái)發(fā)現(xiàn)我們到達(dá)錯(cuò)誤位置的路徑。

backtrace命令可以簡(jiǎn)寫(xiě)為bt，而且為了與其他調(diào)試器兼容，where命令也具有相同的功能。

檢測(cè)變量

當(dāng)程序停止時(shí)由gdb所輸出的信息以及在棧追蹤中的信息向我們顯示了函數(shù)能數(shù)的值。

sort函數(shù)是使用一個(gè)參數(shù)a來(lái)調(diào)用的，而其值為0x8049580。這是數(shù)組的地址。依據(jù)于所使用的編譯器以及操作系統(tǒng)，這個(gè)值在不同的操作系統(tǒng)也會(huì)不同。

所影響的行號(hào)23，是一個(gè)數(shù)組元素與另一個(gè)數(shù)組元素進(jìn)行比較的地方。

/* 23 */ if(a[j].key > a[j+1].key) {

我們可以使用調(diào)試器來(lái)檢測(cè)函數(shù)參數(shù)，局部變量以及全局?jǐn)?shù)據(jù)的內(nèi)容。print命令可以向我們顯示變量以及其他表達(dá)式的內(nèi)容。

(gdb) print j
$1 = 4

在這里我們可以看到局部變量j的值為4。類似這樣由gdb命令所報(bào)告的所有值都會(huì)保存在偽變量中以備將來(lái)使用。在這里變量$1賦值為4以防止我們?cè)谝院笫褂谩Ｒ院蟮拿顚⑺麄兊慕Y(jié)果存儲(chǔ)為$2，$3，依次類推。

j的值為4的事實(shí)意味著程序試著執(zhí)行語(yǔ)句

if(a[4].key > a[4+1].key)

我們傳遞給sort的數(shù)組，array，只有5個(gè)元素，由0到4進(jìn)行索引。所以這條語(yǔ)句讀取并不存在的array[5]。循環(huán)變量j已經(jīng)讀取一個(gè)錯(cuò)誤的值。

如果我們嘗試這個(gè)例子，而我們程序在25行發(fā)生錯(cuò)誤，我們系統(tǒng)只有在交互元素時(shí)才會(huì)檢測(cè)到一個(gè)超過(guò)數(shù)組邊界的讀取，執(zhí)行

/* 25 */ a[j] = a[j+1];

此時(shí)將j設(shè)置為4，結(jié)果為

a[4] = a[4+1];

我們可以使用print通過(guò)表達(dá)式來(lái)查看所傳遞的數(shù)組元素。使用gdb，我們幾乎可以使用任何合法的C表達(dá)式來(lái)輸出變量，數(shù)組元素，以及指針的值。

(gdb) print a[3]
$2 = {data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}
(gdb)

gdb將命令的結(jié)果保存在一個(gè)偽變量中，$<number>。上一個(gè)結(jié)果總是為$，而之前的一個(gè)為$$。這可以使得在一個(gè)結(jié)果可以用在另一個(gè)命令中。例如，

(gdb) print j
$3 = 4
(gdb) print a[$-1].key
$4 = 1

列出程序

我們可以使用list命令在gdb內(nèi)查看程序源代碼。這會(huì)打印出當(dāng)前位置周?chē)牟糠执a。持續(xù)的使用list會(huì)輸出更多的代碼。我們也可以為list指定一個(gè)行號(hào)或是函數(shù)名作為一個(gè)參數(shù)，而gdb就會(huì)顯示那個(gè)位置的代碼。

(gdb) list
18????? /* 18 */ int s = 1;
19????? /* 19 */
20????? /* 20 */ for(; i < n && s != 0; i++) {
21????? /* 21 */???????? s = 0;
22????? /* 22 */???????? for(j = 0; j < n; j++) {
23????? /* 23 */???????????????? if(a[j].key > a[j+1].key) {
24????? /* 24 */???????????????????????? item t = a[j];
25??? /* 25 */ a[j] = a[j+1];
26??? /* 26 */ a[j+1] = t;
27??? /* 27 */ s++;
(gdb)

我們可以看到在22行循環(huán)設(shè)置為當(dāng)變量j小于n時(shí)才會(huì)執(zhí)行。在這個(gè)例子中，n為5，所以j的最終值為4，總是小1。4會(huì)使得a[4]與a[5]進(jìn)行比較并且有可能進(jìn)行交換。這個(gè)問(wèn)題的解決方法就是修正循環(huán)的結(jié)束條件為j < n-1。

讓我們做出修改，將這個(gè)新程序稱之為debug4.c，重新編譯，并再次運(yùn)行。

/* 22 */ for(j = 0; j < n-1; j++) {

$ cc -g -o debug4 debug4.c
$ ./debug4
array[0] = {john, 2}
array[1] = {alex, 1}
array[2] = {bill, 3}
array[3] = {neil, 4}
array[4] = {rick, 5}

程序仍不能正常工作，因?yàn)樗敵隽艘粋€(gè)不正確的排序列表。下面我們使用gdb在程序運(yùn)行時(shí)分步執(zhí)行。

設(shè)置斷點(diǎn)

查找出程序在哪里失敗，我們需要能夠查看程序運(yùn)行他都做了什么。我們可以通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)在任何位置停止程序。這會(huì)使得程序停止并將控制權(quán)返回調(diào)試器。我們將能夠監(jiān)視變量并且允許程序繼續(xù)執(zhí)行。

在sort函數(shù)中有兩個(gè)循環(huán)。外層循環(huán)，使用循環(huán)變時(shí)i，對(duì)于數(shù)組中的每一個(gè)元素運(yùn)行一次。內(nèi)層循環(huán)將其與列表中的下一個(gè)元素進(jìn)行交換。這具有將最小的元素交換到最上面的效果。在外層循環(huán)的每一次執(zhí)行之后，最大的元素應(yīng)位置底部。我們可通過(guò)在外層循環(huán)停止程序進(jìn)行驗(yàn)證并且檢測(cè)數(shù)組狀態(tài)。

有許多命令可以用于設(shè)置斷點(diǎn)。通過(guò)gdb的help breakpoint命令可以列表這些命令：

(gdb) help breakpoint
Making program stop at certain points.
List of commands:
awatch — Set a watchpoint for an expression
break — Set breakpoint at specified line or function
catch — Set catchpoints to catch events
clear — Clear breakpoint at specified line or function
commands — Set commands to be executed when a breakpoint is hit
condition — Specify breakpoint number N to break only if COND is true
delete — Delete some breakpoints or auto-display expressions
disable — Disable some breakpoints
enable — Enable some breakpoints
hbreak — Set a hardware assisted breakpoint
ignore — Set ignore-count of breakpoint number N to COUNT
rbreak — Set a breakpoint for all functions matching REGEXP
rwatch — Set a read watchpoint for an expression
tbreak — Set a temporary breakpoint
tcatch — Set temporary catchpoints to catch events
thbreak — Set a temporary hardware assisted breakpoint
watch — Set a watchpoint for an expression
Type “help” followed by command name for full documentation.
Command name abbreviations are allowed if unambiguous.

讓我們?cè)?0行設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)并且運(yùn)行這個(gè)程序：

$ gdb debug4
(gdb) break 20
Breakpoint 1 at 0x804835d: file debug4.c, line 20.
(gdb) run
Starting program: /home/neil/BLP3/chapter10/debug4
Breakpoint 1, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {

我們可以輸出數(shù)組值并且使用cont可以使得程序繼續(xù)執(zhí)行。這個(gè)會(huì)使得程序繼續(xù)運(yùn)行直到遇到下一個(gè)斷點(diǎn)，在這個(gè)例子中，直到他再次執(zhí)行到20行。在任何時(shí)候我們都可以有多個(gè)活動(dòng)斷點(diǎn)。

(gdb) print array[0]
$1 = {data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}

要輸出多個(gè)連續(xù)的項(xiàng)目，我們可以使用@<number>結(jié)構(gòu)使得gdb輸出多個(gè)數(shù)組元素。要輸出array的所有五個(gè)元素，我們可以使用

(gdb) print array[0]@5
$2 = {{data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}}

注意，輸出已經(jīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理從而使其更易于閱讀。因?yàn)檫@是第一次循環(huán)，數(shù)組并沒(méi)有發(fā)生變量。當(dāng)我們?cè)试S程序繼續(xù)執(zhí)行，我們可以看到當(dāng)處理執(zhí)行時(shí)array的成功修改：

(gdb) cont
Continuing.
Breakpoint 1, sort (a=0x8049580, n=4) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {
(gdb) print array[0]@5
$3 = {{data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}
(gdb)

我們可以使用display命令來(lái)設(shè)置gdb當(dāng)程序在斷點(diǎn)處停止時(shí)自動(dòng)顯示數(shù)組：

(gdb) display array[0]@5
1: array[0] @ 5 = {{data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}

而且我們可以修改斷點(diǎn)，從而他只是簡(jiǎn)單的顯示我們所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)并且繼續(xù)執(zhí)行，而不是停止程序。在這樣做，我們可以使用commands命令。這會(huì)允許我們指定當(dāng)遇到一個(gè)斷點(diǎn)時(shí)執(zhí)行哪些調(diào)試器命令。因?yàn)槲覀円呀?jīng)指定了一個(gè)display命令，我們只需要設(shè)置斷點(diǎn)命令繼續(xù)執(zhí)行。

(gdb) commands
Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
End with a line saying just “end”.
> cont
> end

現(xiàn)在我們?cè)试S程序繼續(xù)，他會(huì)運(yùn)行完成，在每次運(yùn)行到外層循環(huán)時(shí)輸出數(shù)組的值。

(gdb) cont
Continuing.
Breakpoint 1, sort (a=0x8049684, n=3) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {
1: array[0] @ 5 = {{data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}
Breakpoint 1, sort (a=0x8049684, n=2) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {
1: array[0] @ 5 = {{data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}
array[0] = {john, 2}
array[1] = {alex, 1}
array[2] = {bill, 3}
array[3] = {neil, 4}
array[4] = {rick, 5}
Program exited with code 044.
(gdb)

gdb報(bào)告程序并沒(méi)有以通常的退出代碼退出。這是因?yàn)槌绦虮旧聿](méi)有調(diào)用exit也沒(méi)有由main返回一個(gè)值。在這種情況下，這個(gè)退出代碼是無(wú)意義的，而一個(gè)有意義的退出代碼應(yīng)由調(diào)用exit來(lái)提供。

這個(gè)程序看起來(lái)似乎外層循環(huán)次數(shù)并不是我們所期望的。我們可以看到循環(huán)結(jié)束條件所使用的參數(shù)值n在每個(gè)斷點(diǎn)處減小。這意味著循環(huán)并沒(méi)有執(zhí)行足夠的次數(shù)。問(wèn)題就在于30行處n的減小。

/* 30 */ n--;

這是一個(gè)利用在每一次外層循環(huán)結(jié)束時(shí)array的最大元素都會(huì)位于底部的事實(shí)來(lái)優(yōu)化程序的嘗試，所以就會(huì)有更少的排序。但是，正如我們所看到的，這是與外層循環(huán)的接口，并且造成了問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的修正方法就是刪除引起問(wèn)題的行。讓我們通過(guò)使用調(diào)試器來(lái)應(yīng)用補(bǔ)丁測(cè)試這個(gè)修正是否有效。

使用調(diào)試進(jìn)行補(bǔ)丁

我們已經(jīng)看到了我們可以使用調(diào)試器來(lái)設(shè)置斷點(diǎn)與檢測(cè)變量的值。通過(guò)使用帶動(dòng)作的斷點(diǎn)，我們可以在修改源代碼與重新編譯之前試驗(yàn)一個(gè)修正，稱之為補(bǔ)丁。在這個(gè)例子中，我們需要在30行設(shè)置斷點(diǎn)，并且增加變量n。然后，當(dāng)30行執(zhí)行，這個(gè)值將不會(huì)發(fā)生變化。

讓我們從頭啟動(dòng)程序。首先，我們必須刪除我們的斷點(diǎn)與顯示。我們可以使用info命令來(lái)查看我們?cè)O(shè)置了哪些斷點(diǎn)與顯示：

(gdb) info display
Auto-display expressions now in effect:
Num Enb Expression
1:?? y array[0] @ 5
(gdb) info break
Num Type??????????? Disp Enb Address??? What
1?? breakpoint????? keep y?? 0x0804835d in sort at debug4.c:20
???????? breakpoint already hit 4 times
???????? cont

我們可以禁止這些或是完全刪除他們。如果我們禁止他們，那么我們可以在以后需要他們時(shí)重新允許這些設(shè)置：

(gdb) disable break 1
(gdb) disable display 1
(gdb) break 30
Breakpoint 2 at 0x8048462: file debug4.c, line 30.
(gdb) commands 2
Type commands for when breakpoint 2 is hit, one per line.
End with a line saying just “end”.
>set variable n = n+1
>cont
>end
(gdb) run
Starting program: /home/neil/BLP3/chapter10/debug4
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /*? 30 */?????????????? n--;
array[0] = {alex, 1}
array[1] = {john, 2}
array[2] = {bill, 3}
array[3] = {neil, 4}
array[4] = {rick, 5}
Program exited with code 044.
(gdb)

這個(gè)程序運(yùn)行結(jié)束并且會(huì)輸出正確的結(jié)果。現(xiàn)在我們可以進(jìn)行修正并且繼續(xù)使用更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/dyllove98/archive/2009/05/09/2461958.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的调试（三）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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