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GDB_Debug.md

File metadata and controls

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使用 GDB 调试程序

GDB是UNIX下面的程序调试工具, 可以调试多种类型程序, 主要可以完成以下四个功能:

  1. 启动你的程序，可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。
  2. 可让被调试的程序在指定的调置的断点处停住。（断点可以是条件表达式）
  3. 当程序被停住时，可以检查此时程序中所发生的事。
  4. 动态的改变程序的执行环境。

简单的调试例子

测试程序如下：

#include <stdio.h>
int func(int n)
{
    int sum=0,i;
    for(i=0; i<n; i++)
    {
        sum+=i;
    }
    return sum;
}
void main()
{
    int i; long result = 0;
    for(i=1; i<=100; i++)
    {
        result += i;
    }
    printf(“result[1-100] = %d \n”, result );
    printf(“result[1-250] = %d \n”, func(250) );
}

编译生成执行文件（要调试C/C++的程序，在编译时必须要把调试信息加到可执行文件中：-g 选项）：

gcc -g C++_GDB_test.cpp -o C++_GDB_test.o

一个简单的调试过程如下：

$ gdb C++_GDB_test.o
GNU gdb (GDB) 7.10.1
......
done.
(gdb) l                    ----> l(list), 列出源码
6	*/
7
8	#include <stdio.h>
9	int func(int n)
10	{
11	    int sum=0,i;
12	    for(i=0; i<n; i++)
13	    {
14	        sum+=i;
15	    }
(gdb)                      ----> 直接回车表示重复上一次命令
16	    return sum;
17	}
18	int main()
19	{
20	    int i; long result = 0;
21	    for(i=1; i<=100; i++)
22	    {
23	        result += i;
24	    }
25	    printf("result[1-100] = %ld\n", result );
(gdb)
26	    printf("result[1-250] = %d\n", func(250));
27	}
(gdb) br 20                 ----> 设置断点，在源程序 20 行处
Breakpoint 1 at 0x100000edf: file C++_GDB_test.cpp, line 20.
(gdb) br func               ----> 设置断点，在函数func()入口处
Breakpoint 2 at 0x100000e97: file C++_GDB_test.cpp, line 11.
(gdb) info br               ----> 查看断点信息
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000000100000edf in main() at C++_GDB_test.cpp:20
2       breakpoint     keep y   0x0000000100000e97 in func(int) at C++_GDB_test.cpp:11
(gdb) r                     ----> r(run) 运行程序
Starting program: .../C++_Code/C++_GDB_test.o
Breakpoint 1, main () at C++_GDB_test.cpp:20  ----> 在断点处停住
20	    int i; long result = 0;
(gdb) n                     ----> n(next)单条语句执行
21	    for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) n
23	        result += i;
(gdb) n
21	    for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) c                     ----> c(continue)继续运行程序到下一个断点
Continuing.
result[1-100] = 5050        ----> 程序输出

Breakpoint 2, func (n=250) at C++_GDB_test.cpp:11
11	    int sum=0,i;
(gdb) n
12	    for(i=0; i<n; i++)
(gdb) br 14 if i==50        ----> 设置条件断点
Breakpoint 3 at 0x100000eb1: file C++_GDB_test.cpp, line 14.
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 3, func (n=250) at C++_GDB_test.cpp:14
14	        sum+=i;
(gdb) p i                   ----> p(print): 打印变量i的值
$1 = 50
(gdb) p sum                 ----> p: 打印变量sum的值
$2 = 1225
(gdb) bt                    ----> 查看函数堆栈
#0  func (n=250) at C++_GDB_test.cpp:14
#1  0x0000000100000f36 in main () at C++_GDB_test.cpp:26
(gdb) finish                ----> 退出函数
Run till exit from #0  func (n=250) at C++_GDB_test.cpp:14
0x0000000100000f36 in main () at C++_GDB_test.cpp:26
26	    printf("result[1-250] = %d\n", func(250));
Value returned is $6 = 31125
(gdb) c
Continuing.
result[1-250] = 31125
[Inferior 1 (process 8845) exited normally]   ----> 程序退出，调试结束 
(gdb) q

core dump 调试

当程序异常退出时，操作系统把程序当前的内存状况存储在一个core文件中，该文件包含了程序运行时的内存，寄存器状态，堆栈指针，内存管理信息还有各种函数调用堆栈信息等。通过分析这个文件，我们可以定位到程序异常退出的时候对应的堆栈调用等信息，找出问题所在并进行及时解决。

首先要确定当前会话的 ulimit –c，若为0，则不会产生对应的coredump，需要进行修改和设置，ulimit –c [size]（注意，这里的size如果太小，则可能不会产生对应的core文件）。

ulimit  -c unlimited  (可以产生core dump 且不受大小限制)

core文件默认的存储位置为当前进程的工作目录（一般就是可执行文件所在的目录）。当程序出现段错误（试图访问或者修改不属于自己的内存地址时）时，就会产生 core dump，方便我们进行调试。下面是一些常见的段错误：

  • 内存访问越界：由于使用错误的下标，导致数组访问越界。
  • 非法指针访问：比如写 nullptr
  • 栈溢出：使用了大的局部变量

下面是个简单的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

void test(){
    int *p = nullptr;
    *p = 1;             // Segment Fault
}
int main() {
    test();
    return 0;
}

然后编译运行程序，用 GDB 查看其产生的 Core Dump 文件：

$ g++ -g demo.cpp -o demo.o -std=c++11
$ ulimit -c
0
$ ulimit -c unlimited
$ ./demo.o
[1]    15193 segmentation fault (core dumped)  ./demo.o
$ ~ ls
core  demo.cpp  demo.o
➜  ~ gdb demo.o core
GNU gdb (Ubuntu 7.7.1-0ubuntu5~14.04.2) 7.7.1
Copyright (C) 2014 Free Software Foundation, Inc.
......
Core was generated by './demo.o'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
#0  0x00000000004006dd in test () at demo.cpp:6
6	    *p = 1;
(gdb) bt
#0  0x00000000004006dd in test () at demo.cpp:6
#1  0x00000000004006ee in main () at demo.cpp:9

调试参数

gdb调试中需要用到的命令

  • file [filename]：装入想要调试的可执行文件
  • kill [filename]：终止正在调试的程序
  • break [file:]function：在(file文件的)function函数中设置一个断点
  • clear：删除一个断点，这个命令需要指定代码行或者函数名作为参数
  • run [arglist]：运行您的程序 (如果指定了arglist,则将arglist作为参数运行程序)
  • bt Backtrace：显示程序堆栈信息
  • x：查看内存
  • print expr：打印表达式的值
  • continue：继续运行您的程序 (在停止之后，比如在一个断点之后)
  • list：列出产生执行文件的源代码的一部分
  • next：单步执行 (在停止之后); 跳过函数调用（与step相对应，step会进入函数内部）
  • set：设置变量的值。例如：set nval=54 将把54保存到nval变量中；设置输入参数也可以通过这个命令(例如当三个入参分别为a、b、c的话，set args a b c)
  • watch：使你能监视一个变量的值而不管它何时被改变
  • finish：继续执行，直到当前函数返回
  • ignore：忽略某个断点制定的次数。例：ignore 4 23 忽略断点4的23次运行，在第24次的时候中断
  • info [name]：查看name信息
  • xbreak：在当前函数的退出的点上设置一个断点
  • whatis：显示变量的值和类型
  • ptype：显示变量的类型
  • shell：使你能不离开 gdb 就执行 UNIX shell 命令
  • help [name]：显示GDB命令的信息，或者显示如何使用GDB的总体信息
  • quit：退出gdb.

命令行参数

有时候，我们需要调试的程序需要有命令行参数，可以通过下面两种方式设置调试的程序的命令行参数：

  • gdb命令行的 –args 参数
  • gdb环境中 set args命令。

高级的用法

比如为了搞清楚柔性数组的内存分布特征，我们可以用下面的程序来验证：

#include <stdlib.h>
#include <string.h>

struct line {
   int length;
   char contents[0]; // C99：char contents[]; 没有指定数组长度
};

int main(){
    int this_length=10;
    struct line *thisline = (struct line *)
                     malloc (sizeof (struct line) + this_length);
    thisline->length = this_length;
    memset(thisline->contents, 'a', this_length);
    return 0;
}

然后用下面的调试过程来理解柔性数组的内存分布：

参考

使用gdb调试程序详解
GDB中应该知道的几个调试方法
Codesign gdb on Mac OS X Yosemite
详解 coredump
C++编译器无法捕捉到的8种错误
What is a segmentation fault?