软件调试工具——GDB

1、GDB调试器概述

　　GDB是GNU开源组织发布的一个强大的程序调试工具，具有查看程序运行状态、设置断点、查看表达式、显示变量等众多功能，是程序员进行Linux编程必须要掌握的一种调试技术。

　　GDB调试工具的优势主要包含以下5个方面：

　　（1）用户可以在程序运行过程中查看运行的状态；

　　（2）用户可以在程序中任何需要的地方设置断点，并暂停程序的执行；

　　（3）当程序暂停时，用户可以随时查看程序中各表达式、变量值以及内存值；

　　（4）程序暂停时用户可以进行单步调试，依此检查程序每步运行的结果是否跟预测值一致，并且可以检查每步出现的错误；

　　（5）用户可以改变程序中的变量或者执行顺序，来验证程序是否正确。

　　并不是任何程序都可以使用GDB进行调试，要使用GDB进行调试必须满足两个条件：

　　（1）程序必须使用GCC进行编译，并且在编译过程中添加“-g”调试信息选项。

　　（2）要调试的可执行文件必须存在源程序代码，一般源程序代码存放的目录需要与可执行文件的目录相同。

　　以上两个条件缺一不可，如果不添加-g选项，GDB将不能获取调试信息；如果缺少源程序代码，GDB将不能加载源文件并显示错误信息。

　　在gcc编译时，因为使用优化会改变程序的运行结果，所以建议读者不要使用-O优化选项，这样才能使生成的可执行文件和源代码保持一一对应的关系；其次，用户如果想生成更多的调试信息，可在GCC编译时使用-ggdb选项。

2、GDB的启动

　　GDB的启动方法非常简单，只需在命令行输入如下格式即可：

　　#gdb  [options]  [file]

　　此格式表示使用gdb调试工具对可执行文件file进行“options”调试。常用的选项如下：

　　-b baudrate　　设置远程调试的串口波特率

　　--cd=DIR　　　 进入gdb调试时改变当前路径到DIR目录

　　--quiet　　　　 启动gdb后不打印许可信息

　　--fullname　　 使用emacs-GDB交互显示输出信息

　　-w　　　　　　  使用窗口交互

　　-help　　　　　 打印帮助信息

　　--se=File　　　 使用File作为可执行文件和变量文件

　　--version　　　 打印当前版本信息并退出

　　--command=File　　进入gdb调试后执行File文件中的命令

3、GDB调试命令

　　启动gdb后，在gdb环境中输入help就会显示所有的帮助种类。gdb把命令分成不同的类别，其中主要的种类包括：

　　（1）breakpoints：断点设置类

　　（2）data：　　　 数据查看类

　　（3）files：　　　 指定并查看文件类

　　（4）internals：　 维护命令类

　　（5）running：　　程序执行类

　　（6）stack：　　　调用栈查看类

　　（7）status：　　 状态查看类

　　（8）tracepoints：跟踪程序执行类

　　help命令只是列出gdb的命令种类，如果要看种类中的子命令，可以使用help <class>命令，如：help breakpoints，表示查看设置断点的所有命令。

　　GDB中比较重要的4类命令介绍：

　　（1）断点设置类相关命令主要用来在调试程序中设置断点：

　　break 行号：在指定的行号上设置断点

　　break 函数：在“函数”名所在的行设置断点，使程序恰好在进入指定的函数前停止

　　info break：显示所有断点信息

　　delete 断点号：表示将指定的断点号删除，如果不指定要删除的断点号，系统默认删除所有断点号，断点号可通过info break的第一栏查询

　　disable 断点号：禁止指定的断点号，同delete一样，如果不指定断点号，则禁止当前文件下所有的断点

　　enable 断点号：激活指定的断点号，即激活被disable禁止的断点

　　ignore 断点号 num：在程序执行中，忽略对应断点num次

　　tbreak 行号或函数：设置临时断点，程序执行一次后，断点被自动删除

　　watch expression：设置一个表达式的观测点

　　clear [FILE:]NUM: 删除设置在特定源文件或者特定行上的断点

　　clear与delete都是清除断点，但是两者的区别在于，clear命令后面要给出清除的断点所在的行的行号，而delete命令是给出清除断点的编号；其次，使用clear命令清除断点时，gdb会自动给出提示，delete命令则不会。

　　（2）数据查看类相关命令可以用来查看程序中变量及内存信息：

　　display [expr]:在每次程序停止时自动显示对应表达式expr的内容

　　delete display [expr]:取消每次程序停止时显示对应表达式expr的内容

　　delete mem：删除内存区域中的内容

　　disable display [expr]:程序停止时禁止显示指定表达式expr的内容

　　undisplay [expr]：禁止显示指定表达式expr的内容

　　enable display [expr]:激活禁止显示的表达式expr

　　print [expr][name]：打印当前表达式或变量的内容

　　whatis [name]：显示变量的数据类型

　　ptype [name]：显示用户结构体的定义内容

　　print的显示格式：

　　/x　　按十六进制格式显示变量

　　/d　　按十进制格式显示变量

　　/u　　按十六进制格式显示无符号整型

　　/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　　按浮点数格式显示变量

　　dispaly可以用来设置一些自动显示的变量，当程序暂停时，或者用户单步跟踪时，这些变量的值将会自动显示；print只能显示当前用户指定的变量或者表达式的值，当程序下一次单步执行或者暂停时，不会显示上次设定变量的值。

　　（3）文件查看类命令主要用于程序文件的查看以及程序的编辑：

　　cd DIR：将工作目录设置在DIR下

　　directory DIR：在搜寻源文件时也搜索DIR目录

　　file File：表示加载指定文件File进gdb

　　search 正则表达式及变量：向前搜索正则表达式及变量

　　foward-search 正则表达式及变量：向前搜索正则表达式

　　reverse-search 正则表达式及变量：向后搜说正则表达式

　　pwd：打印当前工作目录

　　path DIR:在搜索文件路径时也搜索DIR目录

　　load file：在运行程序时，动态加载file文件

　　list [行号][函数名]：列出对应于正在执行的程序的源文件内容，后面不加任何参数表示显示10行源文件内容。list也可使用其缩写形式l

　　info line：显示加载到内存中的代码

　　（4）程序控制相关命令

　　在使用GDB调试过程中大致分为3中状态：运行态、暂停态以及结束态，其中暂停态使程序暂停在某个断点处，它在程序调试中用的最多；结束态是用户调试完毕，要跳出gdb的状态，在此状态下无法查看各种变量的值；运行态是除暂停态和结束态之外的所有状态。

　　run：表示执行程序

　　continue：继续执行正在调试的程序，该命令用在程序由于处理信号或断点导致停止运行时

　　interrupt：中断调试程序的执行

　　next：单步调试程序，不进入子函数单步执行

　　nexti：单步调试一条指令

　　step：单步调试程序，进入子函数单步执行

　　kill：终止正在调试的程序

　　set args：当被调试程序开始运行时，设置程序的参数列表

　　set environment：设置程序环境变量的值

　　show args：显示一开始调试程序的参数列表

　　set step-mode：设置单步运行的模式

　　show step-mode：显示单步运行的模式

　　finish：运行程序，直到当前函数完成返回，并打印函数返回时的堆栈地址和返回值及参数值等信息

　　until：结束当前循环

　　make：在不退出gdb的前提下执行make命令