Linux下C语言的调试

调试是每个程序员都会面临的问题. 如何提高程序员的调试效率, 更好更快地定位程序中的问题从而加快程序开发的进度, 是大家共同面对的问题. 可能Windows用户顺口就会说出:用VC呗 :-) , 它提供了设置断点, 单步跟踪等的图形界面, 使调试起来直观易用. 但Linux用户可能要生闷气了 O:-) : 难道我们Linux程序员就只能使用原始的调试方法, 在代码中加入printf信息吗?难道Linux下就没有好的C语言调试工具吗?

当然不是了. GNU早就组织开发了一套C语言编译器(Gcc)和调试工具(Gdb). Gdb虽然没有图形化的友好界面, 但是它强大的功能也足以与微软的VC工具相媲美, 给Linux程序员带来了福音. 下面通过一个简单的例子, 演示一下Gdb的使用流程:

示例文件 demo.c 的源代码如下:

#include <stdio.h>

int sum(int, int);

    int
main()
{
    int result;
    int a = 1, b = 2;
    result = sum(a, b);
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, result);
    return 0;
}

    int
sum(int a, int b)
{
    return a + b;
}

编译源文件, 生成可执行文件

$ gcc -g -Wall -o demo demo.c

虽然这段程序没有错误, 但调试完全正确的程序可以更加了解Gdb的使用流程. 接下来就启动Gdb进行调试.

注意:

• Gdb进行调试的是可执行文件, 而不是”.c”源文件, 因此, 需要先通过Gcc编译生成可执行文件才能用Gdb进行调试.
• 一定要加上选项”-g”, 这样编译出的可执行代码中才包含调试信息, 否则Gdb无法载入该可执行文件.
• 不能使用 -O2选项对可执行文件进行优化, 因为优化之后可执行文件里的符号表信息将被删除, 这样Gdb就无法找到使可执行文件与源文件之间的关联了, 也就不能调试了.

(1) 启动Gdb

$ gdb demo
GNU gdb (GDB) 7.0-debian
Copyright (C) 2009 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "x86_64-linux-gnu".
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>...
Reading symbols from /home/wangsheng/tmp/demo/gdb/demo...done.

可以看出, 在Gdb的启动画面中指出了Gdb的版本号, 使用的库文件等头信息, 接下来就进入了由”(gdb)”开头的命令行界面了.

(2) 查看源文件

在Gdb中键入”l”(list的缩写)可以查看所载入的文件, 如下所示:

(gdb) l
1       #include
2
3       int sum(int, int);
4
5           int
6       main()
7       {
8           int result;
9           int a = 1, b = 2;
10          result = sum(a, b);
(gdb) l
11          printf("%d + %d = %d\n", a, b, result);
12          return 0;
13      }
14
15          int
16      sum(int a, int b)
17      {
18          return a + b;
19      }
(gdb) l
Line number 20 out of range; demo.c has 19 lines.

可以看出, Gdb列出的源代码中明确地给出了对应的行号, 这样就可以大大地方便代码的定位.

(3) 设置断点

设置断点是调试程序中一个非常重要的手段, 它可以使程序到一定位置暂停运行. 因此,可以在该位置方便地查看变量的值, 堆栈情况等, 从而找出代码的症结所在.

在Gdb中设置断点非常简单, 只需在”b”后加入对应的行号即可(这是最常用的方式). 如下所示:

(gdb) b 9
Breakpoint 2 at 0x4004f4: file demo.c, line 9.

注意: 该断点的作用是当程序运行到第 9 行时暂停(第 8 行执行完毕, 第 9 行未执行)

(4) 查看断点信息

(gdb) info b
Num     Type           Disp Enb Address            What
2       breakpoint     keep y   0x00000000004004f4 in main at demo.c:9

(5) 运行代码

接下来就可运行代码了, Gdb默认从首行开始运行代码, 可键入”r”(run的缩写)即可. 若想从程序中指定的行开始运行, 可在r后面加上行号.

(gdb) r
Starting program: /home/wangsheng/tmp/demo/gdb/demo

Breakpoint 2, main () at demo.c:9
9           int a = 1, b = 2;

可以看到程序运行到断点处就停止了.

(6) 查看变量值
键入p(print的缩写)+变量名即可查看该变量在此时的值

(gdb) p a
$1 = 1
(gdb) p b
$2 = 2
(gdb) p result
$3 = 32767

注意: 这里之所以result是一个莫名其妙的值, 是因为声明result是没有初始化, 其值是不固定的。

(7) 单步执行

单步运行可以使用n(next的缩写)或者s(step的缩写), 它们之间的区别在于: 若有函数调用的时候, s会进入该函数而n不会. 因此, s就类似于VC等工具中的”step in”, n就类似于VC等工具中的”step over”.

如果使用n命令显示如下:

(gdb) n
10          result = sum(a, b);

下面使用 s 命令，跟踪进入 sum 函数:

(gdb) s
sum (a=1, b=2) at demo.c:18
18          return a + b;

可以看出执行 s 命令时进入了sum函数内部, 如果用 n 命令则跳过函数的调用部分

(8) 恢复程序运行

在查看变量值以及堆栈之后, 就可以使用命令c(continue)恢复程序的正常运行了. 这时, 它会把剩余还未执行的程序执行完, 并显示剩余程序的执行结果.

(gdb) c
Continuing.
1 + 2 = 3

Program exited normally.

可以看出, 程序在运行完后退出, 之后程序处于”停止状态”.
说明: 在Gdb中, 程序的运行状态有”运行”,”暂停”和”停止”3种. 其中”暂停”状态是程序遇到了断点或者观察点, 程序暂时停止运行, 而此时函数的地址, 函数参数, 函数内的局部变量都会被压入”栈(Stack)中. 故在这种状态下可以查看函数的变量值等各种属性. 但在函数处于”停止”状态之后, “栈”就会自动撤销, 它也就无法查看各种信息了

关于Gdb的更多命令, 你可以在启用Gdb后, 输入help命令查看.