调试工具gdb

1.1 gdb符号调试器简介

　　gdb是一个用来调试C和C++程序的功能强大的调试器，它能在程序运行时观察程序的内部结构和内存的使用情况。

　　gdb主要提供以下几种功能：

• 监视程序中变量值的变化
• 设置断点，使程序在指定的代码行上暂停执行，便于观察
• 单步执行代码
• 分析崩溃程序产生的core文件

　　　　gdb filename(执行文件名)

　　　　编译时需加上-g 或 -ggdb3 选项

1.2 gdb功能详解及其应用

　　1.2.1调试步骤

　　　　1.调用gdb

　　　　　　gdb filename

　　　　2.设置断点并调试

　　　　　　break functionname/linenumer

　　　　　　run 执行程序

　　　　　　step 单步跟踪程序代码

　　　　print命令：

　　　　　　print 表达式

　　　　　　print 变量=表达式

　　　　　　print 开始表达式@要打印连续内存空间的大小

　　　　display命令：

　　　　　　display 表达式

　　　　　　在使用display命令时，每次调试器中断程序，挂起指令都要显示变量的值

　　　　next命令：

　　　　　　不进入函数内部

　　　　quit命令：

　　　　　　退出gdb

　　1.2.2 显示数据命令

　　　　1. print命令与display命令

　　　　finish 执行完当前函数

　　　　2. 内存检查命令

　　　　　　x /format address

　　　　　　　　format指显示单元的个数以及显示的格式

　　　　　　例如：x/2c 0x120100fa0

　　　　3.printf      类似于c里的printf()函数

　　　　　　例如：printf"%2.2s\n",(char*)0x120100fa0

　　　　4.使用set命令

　　　　　　set variable 变量=表达式                      设置变量值

　　1.2.3 使用断点

　　　　continue命令和cont命令（cont 数字  表示执行数字次继续）

　　　　break 行号

　　　　break 函数名

　　　　条件断点：

　　　　　　condition 断点编号 表达式                   程序在表达式为真时中断

　　　　tbreak  行号　　临时断点

　　　　（break  行号

　　　　   enable delete 断点号）等效于临时上一个断点

　　　　enable　　断点编号                恢复失效断点

　　　　disable　　断点编号　　　　　使断点失效

　　　　delete  　　断点编号或表达式　　　　　　　　清除断点(无提示信息)

　　　　clear　　　要清除的断点所在行号　　　　　　清除断点（有提示信息）

　　1.2.4 使用观察窗口

　　　　watch　　表达式                     如果表达式中某个变量的取值超过了范围，就不能再对表达式取值了。这一点与条件断点设置不同，因为它只在代码的固定位置取值。

　　1.2.5 查看栈信息

　　　　backtrace

　　　　bt

　　　　bt n　　栈顶上n层栈信息

　　　　bt -n　　栈顶下n层栈信息

　　　　frame n

　　　　f n          n是一个从0开始的整数，是栈中的层编号。比如：frame 0表示栈顶，frame 1表示栈的第二层

　　　　up n　　表示向栈的上面移动n层，不输入n表示移动一层

　　　　down n　　表示向栈的下面移动n层

　　　　以下为不带提示信息的移动栈层信息：

　　　　　　select-frame n

　　　　　　up-silently n

　　　　　　down-silently n

　　　　　　---------------

　　　　　　frame 或 f               查看当前栈层信息（包括栈层编号，当前函数名，函数参数值，函数所在文件及行号，函数执行到的语句）

　　　　　　info frame 或 info f  　　该命令会显示更为详细的当前栈层的信息，只不过大多数都是运行时的内地址。

　　　　　　info args　　显示出当前函数的参数名及值

　　　　　　info locals　　显示出当前函数中所有局部变量的值

　　　　　　info catch　　显示当前函数中的异常处理信息　　　　　　

　   1.2.6 查看源程序

　　　　1. 显示源代码　

　　　　　　list <linenum>　　　　显示程序第linenum行的周围的源程序。

　　　　　　list <function>　　　　显示函数名为function的函数的源程序

　　　　　　list　　　　　　　　　 显示当前行后面的源程序

　　　　　　list -　　　　　　　　  显示当前行前面的源程序

　　　　　　set listsize <count>　　设置一次显示源代码的行数

　　　　　　show listsize　　查看当前listsize的设置

　　　　　　list <first>,<last>　　显示从first行到last行之间的源代码

　　　　　　list ,<last>　　显示当前行到last行之间的源代码

　　　　　　list +　　向后显示源代码

　　　　　　一般来说，在list后面可以跟以下这些参数。

　　　　　　<linenum>:行号。

　　　　　　<+offset>:当前行号的正偏移量

　　　　　　<-offset>:当前行号的负偏移量

　　　　　　<filename:linenumber>:哪个文件的哪一行

　　　　　　<function>:函数名

　　　　　　<filename:function>:哪个文件的哪个函数

　　　　　　<*address>:程序运行时的语句在内存中的地址

　　　　2.搜索源代码

　　　　　　forward-search <regexp>

　　　　　　search <regexp>　　向前搜索

　　　　　　reverse-search <regexp>　　全部搜索

　　　　3.指定源文件的路径

　　　　　　directory <dirname ...>

　　　　　　dir <dirname ...>

　　　　　　directory　　清除所有自定义源文件搜索路径信息

　　　　　　show directories　　显示定义了源文件搜索路径

　　　　4.源代码的内存

　　　　　　info line  行号/函数名

　　　　　　info line 文件名:行号/文件名:函数名

　　　　　　disassemble func　　查看func的汇编代码

　　　　　　disassemble address

　　1.2.7 查看运行时数据

　　　　1.表达式

　　　　　　@　　一个和数组有关的操作符

　　　　　　::　　指定一个在文件或是一个函数中的变量

　　　　　　{<type>} <addr>　　 表示一个指向内存地址<addr>的类型为type的一个对象

　　　　2.程序变量

　　　　　　全局变量（所有文件可见）

　　　　　　静态全局变量(当前文件可见的)

　　　　　　局部变量（当前Scope可见的）

　　　　　　示例：

　　　　　　　　file::variable

　　　　　　　　function::variable

　　　　　　　　p 'f2.c'::x

　　　　3.数组

　　　　　　例如：程序中有如下语句

　　　　　　　　int *array = (int *)malloc(len * sizeof(int));

　　　　　　p *array@len

　　　　　　如果是静态数组的话，直接用"print 数组名"就可以显示数组中所有数据的内容了。

　　　　4.输出格式

　　　　　　x　　按十六进制格式显示变量

　　　　　　d　　按是禁止格式显示变量

　　　　　　u　　按十六进制格式显示无符号整形

　　　　　　o　　按八进制格式显示变量

　　　　　　t　　按二进制格式显示变量

　　　　　　a　　按十六进制格式显示变量

　　　　　　c　　按字符格式显示变量

　　　　　　f　　按符点数格式显示变量

　　　　5.查看内存

　　　　　　x/<n/f/u> <addr>　　nfu是可选参数。

　　　　　　　　　　　　　　　　n表示显示内存的长度，

　　　　　　　　　　　　　　　　f表示显示的格式，

　　　　　　　　　　　　　　　　u表示从当前地址往后请求的字节数，如果不指定的话，gdb默认是4个bytes。

　　　　　　　　　　　　　　　　u可用以下字符来代替：b表示单字节，h双字节，w四字节，g八字节。

　　　　　　　　　　　　　　　　addr表示一个内存地址。

　　　　　　示例：

　　　　　　x/3uh 0x54320　　　　以无符号整形双字节为单位显示从地址0x54320开始的3个长度的内存中的内容

　　　　6.自动显示

　　　　　　可以设置一些自动显示的变量，当程序停住时，或是在单步跟踪时，这些变量会自动的显示。

　　　　　　display <expr>

　　　　　　display/<fmt> <expr>

　　　　　　display/<fmt> <addr>

　　　　　　格式i和s同样被display支持，一个非常又用的命令是：

　　　　　　display /i $pc 　  $pc是gdb的环境变量，表示指令的地址，/i则表示输出格式为机器指令码，也就是汇编。与是当程序停下后，就会出现源代码和机器码相对应的情形。

　　　　　　undisplay <dnums...>

　　　　　　delete display <dnums...>

　　　　　　　　删除自动显示，dnums意为设置好了的自动显示的编号。如果要同时删除几个编号，可以用空格分隔；如果要删除一个范围内的编号，可以用减号表示。

　　　　　　disable display <dnums...>

　　　　　　enable display <dnums...>

　　　　　　　　不删除自动显示的设置，而只是让其失效和恢复，而只是让其失效和恢复。

　　　　　　info diaplay

　　　　　　　　查看display设置的自动显示的信息。gdb会显示出一张表格，报告中设置了多少个自动显示设置，其中包括设置的编号，表达式以及是否enable。

　　　　7.设置显示选项

　　　　　　set print address on/off　　显示函数参数地址  系统默认打开

　　　　　　show print address　　　　查看当前地址显示选项是否打开

　　　　　　set print array on/off　　    打开/关闭数组显示，打开后数组显示时每个元素占一行；关闭时每个元素以逗号分隔。这个选项默认时关闭的。

　　　　　　show print array

　　　　　　set print elements <number-of-elements>　　这个选项主要时设置数组的，如果数组太大了，就可以指定一个<number-of-elements>来指定数据显示的最大长度，当达到这个长度时，gdb就不再往下显示了。如果设置为0，则表示不限制。

　　　　　　show print elements

　　　　　　set print null-stop <on/off>　　如果打开了这个选项，那么当显示字符串时，遇到结束符则停止显示。这个选项默认为off。

　　　　　　set print pretty on/off　　选项打开时，当gdb显示结构体时会比较漂亮。

　　　　　　show print pretty

　　　　　　set print sevenbit-stirngs <on/off> 　　设置字符显示，是否按“\nnn”的格式显示。如果打开，则字符串或字符数据按\nnn显示，如“\065”

　　　　　　show print sevenbit-stirngs

　　　　　　set print union <on/off>　　　　设置显示结构体时，是否显示其内的联合体数据。

　　　　　　show print union　　查看联合体数据的显示方式

　　　　　　set print object <on/off>　　对象选项设置。在C++中，当一个对象指针指向其派生类时，如果打开这个选项，gdb会自动按照虚方法调用的规则显示输出，如果关闭这个选项，gdb就不管虚函数表了。这个选项默认为off。

　　　　　　show print object　　查看对象选项的设置

　　　　　　set print static-members <on/off>　　这个选项表示，当显示一个C++对象中的内容时，是否显示其中的静态数据成员。默认为on。

　　　　　　show print static-members　　查看静态数据成员选项设置

　　　　　　set print vtbl <on/off>　　当此选项打开时，gdb将用比较规整的格式来显示虚函数表。其默认是关闭的。

　　　　　　show print vtbl　　查看虚函数显示格式的选项

　　　　8.历史记录

　　　　　　每一个print命令都会被gdb记录下来。gdb会以$1,$2,$3......这样的方式为每一个print命令编上号。于是，可以使用这个编号访问以前的表达式，如$1。

　　　　9.gdb环境变量

　　　　　　可以在gdb调试环境中定义自己的变量，用来保存一些调试程序中的运行数据。

　　　　　　环境变量没有类型，可以给环境变量定义任意的类型，包括结构体和数组。

　　　　　　set $foo = *object_ptr

　　　　　　show convenience　　查看当前所设置的所有的环境变量

　　　　　　(set i = 0

　　　　　　print bar[$i++]->contents)　　这个一个比较强大的功能，环境变量与程序变量的交互使用使得程序调试更为灵活便捷。输入这样的命令后，按下Enter键，重复执行上一条语句，环境变量会自动增加，从而完成逐个输出的功能。　　

　　　　10.查看寄存器

　　　　　　info registers　　查看寄存器的情况(除了符点器存器)

　　　　　　info all-registers　　查看所有寄存器的情况

　　　　　　info registers <regname...> 　　查看指定寄存器的情况

　　1.2.8 改变程序的执行

　　　　1.修改变量值

　　　　　　print x=4

　　　　　　whatis width　　

　　　　　　set var width=47

　　　　2.跳转执行

　　　　　　jump <linespec>　　<linespec>可以是文件的行号，可以是file:line格式，可以是+num这种偏移量格式。表示下一条语句从哪里开始。

　　　　　　jump <address>　　这里的<address>是代码行的内存地址。

　　　　　　建议在同一个函数内调转

　　　　　　熟悉汇编的人都知道，程序运行时有一个寄存器用于保存当前代码所在的内存地址。所以，jump命令也就是改变了这个寄存器中的值。可以使用set $pc来更改调转执行的地址。如：

　　　　　　set $pc=0x485

　　　　3.产生信号量

　　　　　　使用signal命令可以产生一个信号量给被调试的程序。如中断信号Ctrl+C。这非常方便与程序的调试，可以在程序运行的任意位置设置断点，并在该断点用gdb产生一个信号量。精确地在某处产生信号非常有利程序的调试。其语法是：

　　　　　　signal <signal>

　　　　　　　　Linux的系统信号量通常从1-15，所以<signal>也在这个范围。

　　　　4.强制函数返回

　　　　　　如果调试断点在某个函数中，还有语句没有执行完，可以使用return命令强制函数忽略还没有执行的语句并返回。

　　　　　　return

　　　　　　return expression

　　　　　　使用return命令取消当前函数的执行，并立即返回。如果指定了<expression>，那么该表达式的值会被当作函数的返回值。

　　　　5.强制调用函数

　　　　　　call <expr>　　　　表达式中也可以是函数

　　　　　　另一个相似的命令也可以完成这一功能--print。print后面可以跟表达式，所以也可以用它来调用函数。print和call不同之处是，如果函数返回void，call则不显示，print则显示函数的返回值，并把该值存入历史数据中。

　　　　6.在不同语言中使用gdb

　　　　　　show language　　查看当前语言环境

　　　　　　info frame　　查看当前函数的程序语言

　　　　　　info source　　查看当前文件的程序语言

　　　　　　set language 　　如果set language后面什么也不跟，可以查看gdb所支持的语言种类。可以在set language 后面加上被列出的语言名，来设置当前的语言环境。

　　1.2.9 core dump分析

　　　　在进行程序开发时，常常由于种种原因导致程序崩溃。这时可以使用Linux下的core dump功能。在程序崩溃时，Linux会创建一个core文件，在程序结束后，利用这个文件中的信息，在使用gdb，就能指导程序崩溃时在做些什么。但core dump功能并不是所有的程序员都可以使用的，这是因为一些发行版和一些系统的管理员在默认时禁止使用core dump。可以使用ulimit -c unlimited

　　　　这样就能使用core文件分析了。

　　　　编译生成可执行文件test，然后运行./test生成core文件

　　　　gdb test core

　　　　bt（即backtrace）命令用来打印stack frame（栈桢）指针，可以了解当前程序运行过程中的函数之间的调用关系。

　　　　使用frame命令：

　　　　　　frame命令是用来打印栈桢的，它使用如下格式。

　　　　　　frame 要打印的栈桢的编号　　如果没有指定栈桢时，gdb会打印当前选择的栈桢

　　　　　　可以使用info frame命令查看当前所选择的栈桢，它将给出栈桢的详细信息。

1.3 其他调试工具

　　xxgdb　　是X-Windows系统的调试工具，实际上它图形化的gdb，保留了gdb所有的特性。

1.4 小结

　　在软件开发中出现错误在所难免，所以程序的调试就成为软件开发中非常重要的一个环节，gdb就是Linux系统下C程序调试工具中最常用的一种。本章首先介绍了gdb的程序调试步骤，进而深入地阐述了它的功能和一些高级调用方法。最后简单介绍了另一种调试工具。