c语言调试接口
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在C语言程序设计中,常会出现各种各样的bug:段错误、参数异常等等。我们需要尽快定位错误,输出异常信息,出错位置及调用层次等,这对于解决bug问题是非常方便的,所以设计了如下调试接口。
调试级别:共有三级,不同的级别对于错误采取不同的处理方法,如异常退出还是函数返回还是仅仅输出错误信息,调试级别越高,给出的错误信息越详细。
最高调试级别assert,当断言失效时打印最详细的出错信息,包括断言语句位置(文件,函数,代码行数)、出错原因,并引发SIGTERM信号,由该信号处理函数打印。程序的函数调用层次(从main开始)。
如由assert(n> 0, "invalid n : %d", n); 引发异常如下:
最上面几行是桩输出,桩可在程序中随处插入,当程序运行到该行时就会打印出桩输出信息。下面第二部分就是断言错误信息,包括断言条件,补充的错误信息等。下面第三部分就是打印函数调用层次,从main函数开始一直到断言所在函数。
第二级为return,当条件失效时打印详细出错信息并返回。
如由 return_val_if_fail(n >5, -1, "invalid n = %d", n); 引发异常如下:
第三级为warn,当条件失效时打印详细出错信息,并继续执行下面的语句并不返回。
除此之外,还对可能出现的段错误进行了处理,自动调用assert级别,并由SIGSEGV信号处理函数打印程序的函数调用层次。
如由*(int*)0x32 = 10; 引发段错误如下:
所有的调试语句都可用宏开关进行控制,可随时注销
接下来谈谈实现,在调试接口内部保存函数调用层次,在每个函数开头都要插入ENTER__,并且函数返回都用RETURN,这样就能记录函数调用信息。
为了最大程度降低对程序效率的影响,将所有的实现尽可能用宏完成,而将很少一部分工作利用接口函数完成。
/* 函数调用信息结构体*/
struct debug_function_info{
constchar * filename;
constchar * funcname;
unsigned int line;
};
typedef unsigned int dbgsize_t;
typedef unsigned int offset_t;
/*函数调用栈*/
struct debug_struct {
dbgsize_t stack_size;
offset_t stack_offset;
dbgsize_t stack_unitsz;
struct debug_function_info *stack_buff;
struct debug_function_info dbg_funcinf_array[INITIAL_STACK_SIZE];
};
#define ENTER__ENTER_FUNCTION(__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
#define ENTER_FUNCTION(x, y, z) \
do { \
if(unlikely(global_debug_infop == NULL)) \
debug_initialize();\
struct debug_struct *p = global_debug_infop;\
if (unlikely(p->stack_offset >= p->stack_size)) \
debug_stack_resize();\
offset_t* t = &p->stack_offset; \
p->dbg_funcinf_array[*t].filename = (x);\
p->dbg_funcinf_array[*t].funcname = (y);\
p->dbg_funcinf_array[*t].line = (z);\
p->stack_offset ;\
} while(0)
宏ENTER_FUNCTION用于将调用信息压栈,开头几行用于检测对栈初始化和扩充。
static struct debug_structglobal_debug_info = {
.stack_size = INITIAL_STACK_SIZE,
.stack_offset = 0,
.stack_unitsz = sizeof(struct debug_function_info),
.stack_buff = global_debug_info.dbg_funcinf_array
};
栈在接口内部定义为静态变量,栈的初始化函数如下
void debug_initialize(void)
{
global_debug_infop = &global_debug_info;
signal(SIGSEGV, exception_handler);
signal(SIGTERM, exception_handler);
}
可见仅仅是指定信号处理函数。
当函数返回时,利用RETURN宏从栈中弹出一个调用记录
#define RETURN(...)\
do{\
global_debug_infop->stack_offset--; \
return __VA_ARGS__; \
}while(0)
宏D__为桩语句,打印函数运行路径
#define D__\
do{\
STACK_PUSH_LINE(__LINE__); \
DUMP_MSG(stdout, "\nRunning over %s() at %s: %d", \
__FUNCTION__, __FILE__, __LINE__); \
}while(0);
对于assert调试级别会引发SIGTERM信号,对段错误会引发SIGSEGV信号。
#define assert(p, ...) \
do {\
if (!!!(p)){ \
charerr_msg[DEBUG_ERRMSG_LEN] = {0}; \
MAKE_ERROR_MSG(err_msg, __VA_ARGS__); \
DUMP_DEBUG_MSG(p); \
DUMP_ERROR_MSG("Error Msg",err_msg); \
STACK_PUSH_LINE(__LINE__); \
raise(SIGTERM); \
} \
}while(0)
以下是两种信号共有的处理函数
static void exception_handler(int signo)
{
fprintf(stdout, "\n\nCaught signal %s...",
signo== SIGSEGV ? "SIGSEGV" : "SIGTERM");
((void)signo);
EXCEPTION_DUMP_STACK();
abort();
}
宏EXCEPTION_DUMP_STACK用于弹出调用栈
#define EXCEPTION_DUMP_STACK()\
do {\
int i; \
intoffset = global_debug_infop->stack_offset; \
struct debug_struct *p = global_debug_infop; \
for(i = offset - 1; i >= 0; i--) { \
pdbg_nodet = p->stack_buff i; \
DUMP_MSG(stdout, "\n%s %s() at %s: %d", \
i== offset - 1 ? "Raised in" : "Called from", \
t->funcname, t->filename, t->line); \
}\
DUMP_MSG(stdout,"\n"); \
}while(0)
对于debug_ret级别,相关调试宏如下:
#define debug_ret_series(p, ...) \
do {\
charerr_msg[DEBUG_ERRMSG_LEN] = {0}; \
MAKE_ERROR_MSG(err_msg, __VA_ARGS__); \
DUMP_DEBUG_MSG(p); \
DUMP_ERROR_MSG("ErrorMsg", err_msg); \
STACK_PUSH_LINE(__LINE__); \
DUMP_LAST_ERROR_MSG(); \
}while(0)
#define debug_retv(p, ret, ...) \
do {\
debug_ret_series(p, __VA_ARGS__); \
RETURN(ret); \
}while(0)
#define retv_if(p, ret,...) \
do {\
if(!!(p)){ \
debug_retv(p, ret, __VA_ARGS__); \
}\
}while(0)
#define retv_if0(p, ret, ...) \
do {\
if(!!!(p)){ \
debug_retv(p, ret, __VA_ARGS__); \
}\
}while(0)
还有一些额外的宏可用于辅助调试
#define Show_Value(x, u) \
DUMP_MSG(stdout, "\nCalled From %s() at %s : %d, " \
"TheValue of "#x" is %"#u"\n", __FUNCTION__, __FILE__, __LINE__, x)
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