用GDB調試c/c++程序

本文系轉載,我僅僅是完整的讀了一遍,實際的根據流程對命令執行了一遍,並做了界面排版工作。我從地址luckywqf中看到,他也是轉載的,因此也不太知道源地址是哪個了,在此感謝。

GDB概述

GDB是GNU開源組織發佈的一個強大的UNIX下的程序調試工具。或許,各位比較喜歡那種圖形界面方式的,像VC、BCB等IDE的調試,但如果你是在UNIX平臺下做軟件,你會發現GDB這個調試工具有比VC、BCB的圖形化調試器更強大的功能。所謂“寸有所長,尺有所短”就是這個道理。

一般來說,GDB主要幫忙你完成下面四個方面的功能:

1、啓動你的程序,可以按照你的自定義的要求隨心所欲的運行程序。
2、可讓被調試的程序在你所指定的調置的斷點處停住。(斷點可以是條件表達式)
3、當程序被停住時,可以檢查此時你的程序中所發生的事。
4、動態的改變你程序的執行環境,變量或寄存器值。
5、程序崩潰時,根據Coredump文件,瞭解崩潰原因。

一個調試示例

源程序:tst.c

#include<stdio.h>

int func(int n)
{
        int sum=0,i;
       for(i=0; i<n; i++)
        {
               sum+=i;
        }
         return sum;
 }


int 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) );
       return 0;
 }

編譯生成執行文件:(Linux下)

`hchen/test> cc -g tst.c -o tst`

使用GDB調試:

hchen/test>gdb tst <---------- 啓動GDB
GNU gdb 5.1.1
Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type “show copying” to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty"for details.
This GDB was configured as “i386-suse-linux”…
(gdb) l <-------------------- l命令相當於list,從第一行開始例出原碼。

1        #include <stdio.h>
2
3        int func(int n)
4        {
5               int sum=0,i;
6               for(i=0; i<n; i++)
7               {
8                       sum+=i;
9               }
10              return sum;

(gdb) <--------------------直接回車表示,重複上一次命令

11       }
12
13
14       main()
15       {
16              int i;
17              long result = 0;
18              for(i=1; i<=100; i++)
19              {
20                      result += i;    

(gdb) break 16 <-------------------- 設置斷點,在源程序第16行處,可簡寫爲b 16
Breakpoint 1 at 0x8048496: file tst.c, line 16.
(gdb) break func <-------------------- 設置斷點,在函數func()入口處。
Breakpoint 2 at 0x8048456: file tst.c, line 5.
(gdb) info break <-------------------- 查看斷點信息。
Num Type Disp EnbAddress What
1 breakpoint keep y 0x08048496in main at tst.c:16
2 breakpoint keep y 0x08048456in func at tst.c:5
(gdb) r <--------------------- 運行程序,run命令簡寫
Starting program: /home/hchen/test/tst

Breakpoint1, main () at tst.c:17 <---------- 在斷點處停住。
17 long result = 0;
(gdb) n <--------------------- 單條語句執行,next命令簡寫。
18 for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) n
20 result += i;
(gdb) n
18 for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) n
20 result += i;
(gdb) c <--------------------- 繼續運行程序,continue命令簡寫。
Continuing.
result[1-100] = 5050 <----------程序輸出。

Breakpoint2, func (n=250) at tst.c:5
5 int sum=0,i;
(gdb) n
6 for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p i <--------------------- 打印變量i的值,print命令簡寫。
$1 = 134513808
(gdb) n
8 sum+=i;
(gdb) n
6 for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p sum
$2 = 1
(gdb) n
8 sum+=i;
(gdb) p i
$3 = 2
(gdb) n
6 for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p sum
$4 = 3
(gdb) bt <--------------------- 查看函數堆棧。
#0 func (n=250) at tst.c:5
#1 0x080484e4 in main () at tst.c:24
#2 0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6
(gdb) finish <---------------------退出函數,可使用help finish查看命令的幫助。
Run till exit from #0 func (n=250) at tst.c:5
0x080484e4 in main () at tst.c:24
24 printf(“result[1-250] = %d /n”, func(250) );
Value returned is $6 = 31375
(gdb) c <--------------------- 繼續運行。
Continuing.
result[1-250] = 31375 <----------程序輸出。

Programexited with code 027. <--------程序退出,調試結束。
(gdb) q <--------------------- 退出gdb。
hchen/test>

好了,有了以上的感性認識,還是讓我們來系統地認識一下gdb吧。

GDB概貌

gdb的命令很多,gdb把之分成許多個種類。gdb的命令可以使用help命令來查看,help命令只是列出gdb的命令種類,如果要看種類中的命令,可以使用help<class> 命令,如:help breakpoints,查看設置斷點的所有命令。也可以直接help <command>來查看命令的幫助。

gdb中輸入命令時,可以不用打全命令而使用縮寫形式,只要命令的前幾個字符就可以了,當然,命令的前幾個字符應該要標誌着一個唯一的命令。在Linux下,你可以敲擊兩次TAB鍵來補齊命令或者變量、函數的全稱,如果有重複的,那麼gdb會把其例出來。Gdb裏按Enter則繼續上面的命令,不需要重新輸入。下面列出常用的命令

  • set 設置參數或者變量值
  • b/break 添加斷點
  • r/run 運行
  • s/step 單步調試,如果爲函數則進入
  • n/next 單步調試,下一步
  • fin/finish 跳出函數
  • c/continue 繼續程序運行
  • bt/backtrace 顯示堆棧
  • f/frame 進入當前堆棧
  • p/print 打印變量
  • l/list 顯示源文件
  • k/kill 殺死當前程序,如果需要重新運行,可以先kill再run,而不用重新gdb進入,省去重新設置斷點,參數設置等,非常有用
  • q/quit 退出

gcore/generate-core-file[file] 爲正在調試的程序生成core文件

GDB中運行shell程序

在gdb環境中,你可以執行UNIX的shell的命令,使用gdb的shell命令來完成:

shell <command string>    或  ! <command string>

調用UNIX的shell來執行,環境變量SHELL中定義的UNIX的shell將會被用來執行,如果SHELL沒有定義,那就使用UNIX的標準shell:/bin/sh。(在Windows中使用Command.com或cmd.exe)

還有一個gdb命令是makemake <make-args> 可以在gdb中執行make命令來重新build自己的程序。這個命令等價於shell make<make-args>

啓動GDB

一般來說GDB主要調試的是C/C++的程序。要調試C/C++的程序,首先在編譯時,我們必須要把調試信息加到可執行文件中。使用編譯器(cc/gcc/g++)的 -g 參數可以做到這一點。如:

g++ -g hello.cpp -o hello

如果沒有-g,你將看不見程序的函數名、變量名,所代替的全是運行時的內存地址。當你用-g把調試信息加入之後,併成功編譯目標代碼以後,讓我們來看看如何用gdb來調試他。

啓動GDB的方法有以下幾種:

1、gdb <program>
program也就是你的執行文件,一般在當然目錄下。

2、gdb <program> core
用gdb同時調試一個運行程序和core文件,core是程序非法執行後core dump後產生的文件。

3、gdb <program> <PID>
如果你的程序是一個服務程序,那麼你可以指定這個服務程序運行時的進程ID。gdb會自動attach上去,並調試他。也可以先用gdb 關聯上源代碼,並進行gdb,在gdb中用attach命令來掛接進程的PID,並用detach來取消掛接的進程。

GDB啓動參數

如果程序啓動需要參數,使用—args選項,當然也可以進入gdb後用命令set args。例如:gdb --args gcc -O2 -c foo.c。

GDB啓動時,可以加上一些GDB的啓動開關,詳細的開關可以用gdb -help查看。我在下面只例舉一些比較常用的參數:(斜線前面是縮寫)

-s/-symbols 從指定文件中讀取符號表。
-se file 從指定文件中讀取符號表信息,並把他用在可執行文件中。
-c/-core 調試時core dump的core文件。
-d/-directory 加入一個源文件的搜索路徑。

程序運行/暫停/恢復

啓動GDB後run命令開始程序運行調試。調試程序中,暫停程序運行是必須的,GDB可以方便地暫停程序的運行。你可以設置程序的在哪行停住,在什麼條件下停住,在收到什麼信號時停往等等。以便於你查看運行時的變量,以及運行時的流程。當進程被gdb停住時,你可以使用info program 來查看程序的是否在運行,進程號,被暫停的原因。

在gdb中,我們可以有以下幾種暫停方式:斷點(BreakPoint)、觀察點(WatchPoint)、捕捉點(CatchPoint)、信號(Signals)、線程停止(Thread Stops)。如果要恢復程序運行,可以使用c或是continue命令。

設置斷點(BreakPoint)

我們用break命令來設置斷點,設置斷點有下面的幾種方法:

  • break 在進入指定函數時停住。C++中可以使用class::function 或class::function(type,type) 格式來指定特定重載的函數。
  • break 在指定行號停住。
  • break ±offset 在當前行號的前面或後面的offset行停住
  • break filename:linenum 在源文件filename的linenum行處停住。
  • break filename:function 在源文件filename的function函數的入口處停住。
  • break *address 在程序運行的內存地址處停住。
  • break break命令沒有參數時,表示在下一條指令處停住。
  • break … if …可以是上述的參數,condition表示條件,在條件成立時停住。比如在循環境體中,可以設置break if i=100,表示當i爲100時停住程序。

查看斷點時,可使用info命令,如下所示:(注:n表示斷點號)
info breakpoints [n] info break [n]

設置觀察點(WatchPoint)

觀察點一般來觀察某個表達式(變量也是一種表達式)的值是否有變化了,如果有變化,馬上停住程序。我們有下面的幾種方法來設置觀察點:

watch 爲表達式(變量)expr設置一個觀察點。表達式值有變化時,馬上停住程序。
rwatch 當表達式(變量)expr被讀時,停住程序。
awatch 當表達式(變量)的值被讀或被寫時,停住程序。
info watchpoints 列出當前所設置了的所有觀察點。

設置捕捉點(CatchPoint)

你可設置捕捉點來補捉程序運行時的一些事件。如:載入共享庫(動態鏈接庫)或是C++的異常。設置捕捉點的格式爲:catch <event>,當event發生時,停住程序。tcatch 只設置一次捕捉點,當程序停住以後,應點被自動刪除。event可以是下面的內容:

1、throw 一個C++拋出的異常。(throw爲關鍵字)
2、catch 一個C++捕捉到的異常。(catch爲關鍵字)
3、exec 調用系統調用exec時。(exec爲關鍵字,目前此功能只在HP-UX下有用)
4、fork 調用系統調用fork時。(fork爲關鍵字,目前此功能只在HP-UX下有用)
5、vfork 調用系統調用vfork時。(vfork爲關鍵字,目前此功能只在HP-UX下有用)
6、load 或 load 載入共享庫(動態鏈接庫)時。(load爲關鍵字,目前此功能只在HP-UX下有用)
7、unload 或 unload 卸載共享庫(動態鏈接庫)時。(unload爲關鍵字,目前此功能只在HP-UX下有用)

維護停止點

上面說了如何設置程序的停止點,GDB中的停止點也就是上述的三類。在GDB中,如果你覺得已定義好的停止點沒有用了,你可以使用delete、clear、disable、enable這幾個命令來進行維護。

  • clear 清除所有的已定義的停止點。
  • clear<function> clear<filename:function> 清除所有設置在函數上的停止點。
  • clear<linenum> clear <filename:linenum> 清除所有設置在指定行上的停止點。
  • delete[breakpoints] [range...] 刪除指定的斷點,breakpoints爲斷點號。如果不指定斷點號,則表示刪除所有的斷點。range 表示斷點號的範圍(如:3-7)。比刪除更好的一種方法是disable停止點,disable了的停止點,GDB不會刪除,當你還需要時,enable即可。
  • disable[breakpoints] [range...] disable所指定的停止點,breakpoints爲停止點號。如果什麼都不指定,表示disable所有的停止點。簡寫命令是dis。
  • enable[breakpoints] [range...] enable所指定的停止點,breakpoints爲停止點號。
  • enable[breakpoints] [range...] once enable所指定的停止點一次,當程序停止後,該停止點馬上被GDB自動disable。
  • enable[breakpoints] delete [range...] enable所指定的停止點一次,當程序停止後,該停止點馬上被GDB自動刪除。

爲停止點設定運行命令

我們可以使用GDB提供的command命令來設置停止點的運行命令。也就是說,當運行的程序在被停止住時,我們可以讓其自動運行一些別的命令,這很有利行自動化調試。對基於GDB的自動化調試是一個強大的支持。

commands [bnum]
    ... command-list ...
end

爲斷點號bnum指寫一個命令列表。當程序被該斷點停住時,gdb會依次運行命令列表中的命令

圖示舉例一個簡單的版本,設置斷點,當中斷後打印sum的值。

  • 顯示第10行的代碼,並在此設置斷點
    在這裏插入圖片描述
  • 在這個斷點位置設置commands,用於打印sum,並執行程序
    在這裏插入圖片描述
條件斷點

我們同樣可以設置一個更復雜的只有在指定條件出發後,纔會執行的條件斷點

 break foo if x>0
        commands
        printf "x is %d\n",x
        continue
        end

斷點設置在函數foo中,斷點條件是x>0,如果程序被斷住後,也就是,一旦x的值在foo函數中大於0,GDB會自動打印出x的值,並繼續運行程序。如果你要清除斷點上的命令序列,那麼只要簡單的執行一下commands命令,並直接在打個end就行了。

停止條件維護

前面在說到設置斷點時,我們提到過可以設置一個條件,當條件成立時,程序自動停止,這是一個非常強大的功能,這裏,我想專門說說這個條件的相關維護命令。一般來說,爲斷點設置一個條件,我們使用if關鍵詞,後面跟其斷點條件。並且條件設置好後,我們可以用condition命令來修改斷點的條件。(只有breakwatch命令支持if,catch目前暫不支持if

  • condition <bnum> <expression> 修改斷點號爲bnum的停止條件爲expression。
  • condition <bnum> 清除斷點號爲bnum的停止條件。
  • ignore <bnum> <count> 表示忽略斷點號爲bnum的停止條件count次。

恢復程序運行和單步調試

當程序被停住了,你可以用continue命令恢復程序的運行直到程序結束,或下一個斷點到來。也可以使用step或next命令單步跟蹤程序。

c/continue [ignore-count]  或者 fg [ignore-count]

恢復程序運行,直到程序結束,或是下一個斷點到來。ignore-count表示忽略其後的斷點次數。continue,c,fg三個命令都是一樣的意思,一般都是用c

step <count>

單步跟蹤,如果有函數調用,他會進入該函數。進入函數的前提是,此函數被編譯有debug信息。後面可以加count也可以不加,不加表示一條條地執行,加表示執行後面的count條指令,然後再停住。

next <count>

同樣單步跟蹤,如果有函數調用,他不會進入該函數。後面可以加count也可以不加,不加表示一條條地執行,加表示執行後面的count條指令,然後再停住。

set step-mode on/off

打開/關閉step-mode模式,於是,在進行單步跟蹤時,程序不會因爲沒有debug信息而不停住。這個參數有很利於查看機器碼。

finish 

運行程序,直到當前函數完成返回。並打印函數返回時的堆棧地址和返回值及參數值等信息。

until 或 u

當你厭倦了在一個循環體內單步跟蹤時,這個命令可以運行程序直到退出循環體。

stepi 或 si     nexti 或 ni

單步跟蹤一條機器指令! 一條程序代碼有可能由數條機器指令完成,stepi和nexti可以單步執行機器指令。與之一樣有相同功能的命令是“display/i $pc” ,當運行完這個命令後,單步跟蹤會在打出程序代碼的同時打出機器指令(也就是彙編代碼)

查看棧信息

當程序被停住了,你需要做的第一件事就是查看程序是在哪裏停住的。當你的程序調用了一個函數,函數的地址,函數參數,函數內的局部變量都會被壓入“棧”(Stack)中。你可以用GDB命令來查看當前的棧中的信息。下面是一些查看函數調用棧信息的GDB命令:

bt/backtrace <n> 不加n顯示所有棧信息,如果 n是一個正整數,表示只打印棧頂上n層的棧信息。如果n表一個負整數,表示只打印棧底下n層的棧信息。例如:

(gdb)bt
#0  func (n=250) at tst.c:6
#1  0x08048524 in main (argc=1,argv=0xbffff674) at tst.c:30
#2  0x400409ed in__libc_start_main () from /lib/libc.so.6

從上可以看出函數的調用棧信息:__libc_start_main --> main() --> func()

如果你要查看某一層的信息,你需要在切換當前的棧,一般來說,程序停止時,最頂層的棧就是當前棧,如果你要查看棧下面層的詳細信息,首先要做的是切換當前棧

f/frame <n> n是backtrace打印出的棧中的層編號。

up<n>       表示向棧的上面移動n層,可以不打n,表示向上移動一層。 
down <n>  表示向棧的下面移動n層,可以不打n,表示向下移動一層。 
上面的命令,都會打印出移動到的棧層的信息。如果你不想讓其打出信息。你可以使用這三個命令:

select-frame <n> 對應於 frame 命令。
up-silently<n> 對應於 up 命令。
down-silently <n> 對應於 down 命令。

info frame  打印出詳細的當前棧層的信息
info args       打印出當前函數的參數名及其值。
info locals    打印出當前函數中所有局部變量及其值。
info catch   打印出當前的函數中的異常處理信息。

查看源程序

顯示源代碼

GDB 可以打印出所調試程序的源代碼,當然,在程序編譯時一定要加上-g的參數,把源程序信息編譯到執行文件中,不然就看不到源程序了。當程序停下來以後,GDB會報告程序停在了那個文件的第幾行上。你可以用list命令來打印程序的源代碼。還是來看一看查看源代碼的GDB命令吧:

list             顯示當前行後面的源程序。
list -             顯示當前行前面的源程序。
list <linenum> 顯示程序第linenum行的周圍的源程序。
list <function> 顯示函數名爲function的函數的源程序。

list後面可以跟以下其他的參數:

<+offset>  當前行號的正偏移量。
<-offset>  當前行號的負偏移量。
<filename:linenum> 哪個文件的哪一行。
<filename:function>哪個文件中的哪個函數。
<*address> 程序運行時的語句在內存中的地址。

一般是打印當前行的上5行和下5行,如果顯示函數是是上2行下8行,默認是10行,當然,你也可以定製顯示的範圍,使用下面命令可以設置一次顯示源程序的行數。

set listsize <count> 設置一次顯示源代碼的行數。
show listsize         查看當前listsize的設置。

list命令還有下面的用法:

list <first>, <last>     顯示從first行到last行之間的源代碼。
list ,<last>           顯示從當前行到last行之間的源代碼。
list +                往後顯示源代碼。

搜索源代碼

不僅如此,GDB還提供了源代碼搜索的命令:

forward-search<regexp> search <regexp> 向前面搜索。
reverse-search<regexp> 反向搜索。其中,就是正則表達式,也主一個字符串的匹配模式,關於正則表達式,我就不在這裏講了,還請各位查看相關資料。

添加源文件的路徑

有時候list源文件,gdb找不到文件。GDB提供了可以讓你指定源文件的路徑的命令,以便GDB進行搜索。

directory <dirname ... >
dir <dirname ... >

加一個源文件路徑到當前路徑的前面。如果你要指定多個路徑,UNIX下你可以使用“:”,Windows下你可以使用“;”

directory 清除所有的自定義的源文件搜索路徑信息。    
show directories 顯示定義了的源文件搜索路徑。

源代碼的內存

你可以使用info line命令來查看源代碼在內存中的地址。info line後面可以跟“行號”,“函數名”,“文件名:行號”,“文件名:函數名”,這個命令會打印出所指定的源碼在運行時的內存地址,如:

(gdb) info line tst.c:func
        Line 5 of "tst.c" startsat address 0x8048456 <func+6> and ends at 0x804845d <func+13>.

還有一個命令(disassemble)你可以查看源程序的當前執行時的機器碼,這個命令會把目前內存中的指令dump出來。如下面的示例表示查看函數func的彙編代碼。

(gdb) disassemble func
        Dump of assembler code for functionfunc:
        0x8048450<func>:       push   %ebp
        0x8048451<func+1>:     mov    %esp,%ebp
        0x8048453<func+3>:     sub    $0x18,%esp
        0x8048456 <func+6>:    movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)
        0x804845d<func+13>:    movl   $0x1,0xfffffff8(%ebp)
        0x8048464<func+20>:    mov    0xfffffff8(%ebp),%eax
        0x8048467<func+23>:    cmp    0x8(%ebp),%eax
        0x804846a<func+26>:    jle    0x8048470<func+32>
        0x804846c<func+28>:    jmp    0x8048480<func+48>
        0x804846e<func+30>:    mov    %esi,%esi
        0x8048470<func+32>:    mov    0xfffffff8(%ebp),%eax
        0x8048473<func+35>:    add    %eax,0xfffffffc(%ebp)
        0x8048476<func+38>:    incl   0xfffffff8(%ebp)
        0x8048479<func+41>:    jmp    0x8048464<func+20>
        0x804847b<func+43>:    nop
        0x804847c<func+44>:    lea    0x0(%esi,1),%esi
        0x8048480<func+48>:    mov    0xfffffffc(%ebp),%edx
        0x8048483<func+51>:    mov    %edx,%eax
        0x8048485<func+53>:    jmp    0x8048487<func+55>
        0x8048487<func+55>:    mov    %ebp,%esp
        0x8048489<func+57>:    pop    %ebp
        0x804848a<func+58>:    ret
        End of assembler dump.

查看運行時數據

在你調試程序時,當程序被停住時,你可以使用print命令(簡寫命令爲p),或是同義命令inspect來查看當前程序的運行數據。print命令的格式是:

print /<f> <expr>

<expr>是表達式,是你所調試的程序的語言的表達式(GDB可以調試多種編程語言),是輸出的格式,一般來說,GDB會根據變量的類型輸出變量的值。但你也可以自定義GDB的輸出的格式。例如,你想輸出一個整數的十六進制,或是二進制來查看這個整型變量的中的位的情況,例如print /x i。要做到這樣,你可以使用GDB的數據顯示格式:

    x  按十六進制格式顯示變量。
    d  按十進制格式顯示變量。
    u  按十六進制格式顯示無符號整型。
    o  按八進制格式顯示變量。
    t  按二進制格式顯示變量。 
    a  按十六進制格式顯示變量。
    c  按字符格式顯示變量。
    f  按浮點數格式顯示變量。

當你用GDB的print查看程序運行時的數據時,你每一個print都會被GDB記錄下來。GDB會以$1, $2, $3 .....這樣的方式爲你每一個print命令編上號。於是,你可以使用這個編號訪問以前的表達式,如$1。這個功能所帶來的好處是,如果你先前輸入了一個比較長的表達式,如果你還想查看這個表達式的值,你可以使用歷史記錄來訪問,省去了重複輸入。

(last time comes here…)

表達式和宏

print和許多GDB的命令一樣,可以接受一個表達式,GDB會根據當前的程序運行的數據來計算這個表達式。既然是表達式,那麼就可以是當前程序運行中的const常量、變量、函數等內容。在GDB下,我們無法print宏定義,因爲宏是預編譯的。但是我們還是有辦法來調試宏,這個需要GCC的配合。在GCC編譯程序的時候,加上-ggdb3參數,這樣,你就可以調試宏了。另外,你可以使用下述的GDB的宏調試命令 來查看相關的宏。

• info macro –你可以查看這個宏在哪些文件裏被引用了,以及宏定義是什麼樣的。

• macro – 你可以查看宏展開的樣子。

表達式的語法應該是當前所調試的語言的語法,由於C/C++是一種大衆型的語言,所以,本文中的例子都是關於C/C++的。在表達式中,有幾種GDB所支持的操作符,它們可以用在任何一種語言中。

@ 是一個和數組有關的操作符,在後面會有更詳細的說明。
:: 指定一個在文件或是一個函數中的變量。
{} 表示一個指向內存地址的類型爲type的一個對象。

變量
在GDB中,你可以隨時查看以下三種變量的值:
1、全局變量(所有文件可見的)
2、靜態全局變量(當前文件可見的)
3、局部變量(當前Scope可見的)

如果你的局部變量和全局變量發生衝突(也就是重名),一般情況下是局部變量會隱藏全局變量。也就是說,如果一個全局變量和一個函數中的局部變量同名時,如果當前停止點在函數中,用print顯示出的變量的值會是函數中的局部變量的值。如果此時你想查看全局變量的值時,你可以使用操作符“::”: file::variable function::variable

通過這種形式指定你所想查看的變量,是哪個文件中的或是哪個函數中的。例如,查看文件f2.c中的全局變量x的值:

gdb) p’f2.c’::x

當然,“::”操作符會和C++中的發生衝突,GDB能自動識別“::” 是否C++的操作符,所以你不必擔心在調試C++程序時會出現異常。

另外,需要注意的是,如果你的程序編譯時開啓了優化選項,那麼在用GDB調試被優化過的程序時,可能會發生某些變量不能訪問,或是取值錯誤碼的情況。這個是很正常的,因爲優化程序會刪改你的程序,整理你程序的語句順序,剔除一些無意義的變量等,所以在GDB調試這種程序時,運行時的指令和你所編寫指令就有不一樣,也就會出現你所想象不到的結果。對付這種情況時,需要在編譯程序時關閉編譯優化。一般來說,幾乎所有的編譯器都支持編譯優化的開關,例如,GNU的C/C++編譯器GCC,你可以使用“-gstabs”選項來解決這個問題。關於編譯器的參數,還請查看編譯器的使用說明文檔。

有時候,你需要查看一段連續的內存空間的值。比如數組的一段,或是動態分配的數據的大小。你可以使用GDB的“@”操作符,“@”的左邊是第一個內存的地址的值,“@”的右邊則你你想查看內存的長度。例如,你的程序中有這樣的語句:

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

於是,在GDB調試過程中,你可以以如下命令顯示出這個動態數組的取值:

   p *array@len

@的左邊是數組的首地址的值,也就是變量array所指向的內容,右邊則是數據的長度,其保存在變量len中,其輸出結果,大約是下面這個樣子的:

   (gdb) p *array@len

   $1 = {2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38,40}

如果是靜態數組的話,可以直接用print數組名,就可以顯示數組中所有數據的內容了。

內存
你可以使用examine命令(簡寫是x)來查看內存地址中的值。x命令的語法如下所示:
x /<n/f/u>

n、f、u是可選的參數。n 是一個正整數,表示顯示內存的長度,也就是說從當前地址向後顯示幾個地址的內容。

f 表示顯示的格式,參見上面。如果地址所指的是字符串,那麼格式可以是s,如果地十是指令地址,那麼格式可以是i。

u 表示從當前地址往後請求的字節數,如果不指定的話,GDB默認是4個bytes。u參數可以用下面的字符來代替,b表示單字節,h表示雙字節,w表示四字節,g表示八字節。當我們指定了字節長度後,GDB會從指內存定的內存地址開始,讀寫指定字節,並把其當作一個值取出來。表示一個內存地址。

n/f/u三個參數可以一起使用。例如:x /3uh 0x54320 表示,從內存地址0x54320讀取內容,h表示以雙字節爲一個單位,3表示三個單位,u表示按十六進制顯示。

寄存器
要查看寄存器的值,很簡單,可以使用如下命令:

info registers 查看寄存器的情況。(除了浮點寄存器)
infoall-registers 查看所有寄存器的情況。(包括浮點寄存器)
info registers <regname…> 查看所指定的寄存器的情況。

寄存器中放置了程序運行時的數據,比如程序當前運行的指令地址(pc),程序的當前堆棧地址(sp)等等。你同樣可以使用print命令來訪問寄存器的情況,只需要在寄存器名字前加一個$符號就可以了。如:p $pc。

自動顯示
你可以設置一些自動顯示的變量,當程序停住時,或是在你單步跟蹤時,這些變量會自動顯示。相關的GDB命令是display。
display
display/
display/

expr是一個表達式,fmt表示顯示的格式,addr表示內存地址,當你用display設定好了一個或多個表達式後,只要你的程序被停下來,GDB會自動顯示你所設置的這些表達式的值。 格式i和s同樣被display支持,一個非常有用的命令是:
display/i $pc
$pc是GDB的環境變量,表示着指令的地址,/i則表示輸出格式爲機器指令碼,也就是彙編。於是當程序停下後,就會出現源代碼和機器指令碼相對應的情形,這是一個很有意思的功能。

下面是一些和display相關的GDB命令:

info display

查看display設置的自動顯示的信息。GDB會打出一張表格,向你報告當然調試中設置了多少個自動顯示設置,其中包括,設置的編號,表達式,是否enable。

undisplay<dnums…> delete display <dnums…>

刪除自動顯示,dnums意爲所設置好了的自動顯式的編號。如果要同時刪除幾個,編號可以用空格分隔,如果要刪除一個範圍內的編號,可以用減號表示(如:2-5)。

disable display<dnums…>
enable display<dnums…>
disable和enalbe不刪除自動顯示的設置,而只是讓其失效和恢復。

設置顯示選項
GDB中關於顯示的選項比較多,這裏我只例舉大多數常用的選項。

setprint address on/off 打開/關閉函數的參數地址顯示地址輸出,當程序顯示函數信息時,GDB會顯出函數的參數地址,系統默認爲打開的。show print address 查看當前地址顯示選項是否打開。如:
(gdb) f
#0 set_quotes (lq=0x34c78"<<", rq=0x34c88 “>>”)
atinput.c:530
530 if (lquote != def_lquote)

(gdb) set print addroff
(gdb) f
#0 set_quotes(lq="<<", rq=">>") at input.c:530
530 if (lquote != def_lquote)

setprint array on/off 打開數組顯示,打開後當數組顯示時,每個元素佔一行,如果不打開的話,每個元素則以逗號分隔。這個選項默認是關閉的。show print array 查看當前數組顯示設置狀態。

setprint elements 這個選項主要是設置數組的,如果你的數組太大了,那麼就可以指定一個來指定數據顯示的最大長度,當到達這個長度時,GDB就不再往下顯示了。如果設置爲0,則表示不限制。show print elements 查看print elements的選項信息。

setprint null-stop <on/off> 如果打開了這個選項,那麼當顯示字符串時,遇到結束符則停止顯示。這個選項默認爲off。

set print pretty on/off 如果打開printf pretty這個選項,那麼當GDB顯示結構體時會比較漂亮。show print pretty 查看GDB是如何顯示結構體的。如:

       $1 = {
         next = 0x0,
         flags = {
           sweet = 1,
           sour = 1
         },
         meat = 0x54 "Pork"
        }

關閉printf pretty這個選項,GDB顯示結構體時會如下顯示:

$1 = {next = 0x0, flags ={sweet = 1, sour = 1}, meat = 0x54 “Pork”}

setprint sevenbit-strings <on/off> 設置字符顯示,是否按“/nnn”的格式顯示,如果打開,則字符串或字符數據按/nnn顯示,如“/065”。show print sevenbit-strings 查看字符顯示開關是否打開。

set print union<on/off> 設置顯示結構體時,是否顯式其內的聯合體數據。show print union 查看聯合體數據的顯示方式 。例如有以下數據結構:
typedefenum {Tree, Bug} Species;
typedef enum {Big_tree, Acorn,Seedling} Tree_forms;
typedef enum {Caterpillar, Cocoon,Butterfly} Bug_forms;
structthing {
Species it;
union {
Tree_formstree;
Bug_formsbug;
} form;
};
structthing foo = {Tree, {Acorn}};

當打開這個開關時,執行 p foo 命令後,會如下顯示:
$1 = {it =Tree, form = {tree = Acorn, bug = Cocoon}}
當關閉這個開關時,執行 p foo 命令後,會如下顯示:
$1 = {it =Tree, form = {…}}

setprint object <on/off> 在C++中,如果一個對象指針指向其派生類,如果打開這個選項,GDB會自動按照虛方法調用的規則顯示輸出,如果關閉這個選項的話,GDB就不管虛函數表了。這個選項默認是off。 show print object查看對象選項的設置。

set print static-members<on/off> 這個選項表示,當顯示一個C++對象中的內容是,是否顯示其中的靜態數據成員。默認是on。 show print static-members 查看靜態數據成員選項設置。

set print vtbl<on/off> 當此選項打開時,GDB將用比較規整的格式來顯示虛函數表時。其默認是關閉的。 showprint vtbl 查看虛函數顯示格式的選項。

改變程序的執行
一旦使用GDB掛上被調試程序,當程序運行起來後,你可以根據自己的調試思路來動態地在GDB中更改當前被調試程序的運行線路或是其變量的值,這個強大的功能能夠讓你更好的調試你的程序,比如,你可以在程序的一次運行中走遍程序的所有分支。

修改變量值
修改被調試程序運行時的變量值,在GDB中很容易實現,使用set variable 命令即可,例如set variable i = 0。

你可以在GDB的調試環境中定義自己的變量,用來保存一些調試程序中的運行數據。要定義一個GDB的變量很簡單隻需使用GDB的set命令。GDB的環境變量和UNIX一樣,也是以$起頭。如:set $foo = *object_ptr

使用自定義變量時,GDB會在你第一次使用時創建這個變量,而在以後的使用中,則直接對其賦值。環境變量沒有類型,你可以給環境變量定義任一的類型。包括結構體和數組。

show convenience 該命令查看當前所設置的所有的環境變量。

這是一個比較強大的功能,自定義變量和程序變量的交互使用,將使得程序調試更爲靈活便捷。例如:
set i=0printbar[i = 0 print bar[i++]->contents
於是,當你就不必,printbar[0]->contents, print bar[1]->contents地輸入命令了。輸入這樣的命令後,只用敲回車,重複執行上一條語句,環境變量會自動累加,從而完成逐個輸出的功能。

程序跳轉
一般來說,被調試程序會按照程序代碼的運行順序依次執行。GDB提供了亂序執行的功能,也就是說,GDB可以修改程序的執行順序,可以讓程序執行隨意跳躍。這個功能可以由GDB的jump命令來完:

jump 指定下一條語句的運行點,可以是文件的行號,可以是file:line格式,可以是+num這種偏移量格式。

jump

這裏的
是代碼行的內存地址。

注意,jump命令不會改變當前的程序棧中的內容,所以,當你從一個函數跳到另一個函數時,當函數運行完返回時進行彈棧操作時必然會發生錯誤,可能結果還是非常奇怪的,甚至於產生程序Core Dump,所以最好是同一個函數中進行跳轉。

熟悉彙編的人都知道,程序運行時,有一個寄存器用於保存當前代碼所在的內存地址。所以,jump命令也就是改變了這個寄存器中的值。於是,你可以使用“set $pc”來更改跳轉執行的地址。如:set $pc = 0x485

強制調用函數和返回
call 表達式中可以一是函數,以此達到強制調用函數的目的。並顯示函數的返回值,如果函數返回值是void,那麼就不顯示。另一個相似的命令也可以完成這一功能print,print後面可以跟表達式,所以也可以用他來調用函數。print和call的不同是,如果函數返回void,call則不顯示,print則顯示函數返回值,並把該值存入歷史數據中。

如果你的調試斷點在某個函數中,並還有語句沒有執行完。你可以使用return命令強制函數忽略還沒有執行的語句並返回。 return 使用return命令取消當前函數的執行,並立即返回,如果指定了,那麼該表達式的值會被認作函數的返回值。

多線程
如果你程序是多線程的話,你可以定義你的斷點是否在所有的線程上,或是在某個特定的線程。GDB很容易幫你完成這一工作。

break thread
break thread if …
linespec指定了斷點設置在的源程序的行號。threadno指定了線程的ID,注意,這個ID是GDB分配的,你可以通過“info threads”命令來查看正在運行程序中的線程信息。如果你不指定thread 則表示你的斷點設在所有線程上面。你還可以爲某線程指定斷點條件。如:
(gdb) break frik.c:13 thread 28 if bartab > lim

當你的程序被GDB停住時,所有的運行線程都會被停住。這方便你你查看運行程序的總體情況。而在你恢復程序運行時,所有的線程也會被恢復運行,那怕是主進程在被單步調試時。如果希望單步調試時只有當前線程運行,set scheduler-lockingoff|on|step,通過這個命令就可以實現這個需求。off 不鎖定任何線程,也就是所有線程都執行,這是默認值。on 只有當前被調試程序會執行。step在單步的時候,除了next過一個函數的情況(熟悉情況的人可能知道,這其實是一個設置斷點然後continue的行爲)以外,只有當前線程會執行。

當你的程序被GDB停住時,所有的運行線程都會被停住。如果希望單步調試時其他線程正常執行,可以開啓non-stop模式。setnon-stop on/off 啓動停止non-stop模式,show non-stop 顯示該模式當前狀態。

如果在斷點處需要切換到其他線程,thread 即可,切換調試的線程爲指定ID的線程。threadapply command 在一個或者多個指定線程執行GDB命令。

在多線程編程裏最容易碰到的就是死鎖,linux裏常用互斥量實現。如果程序出現死鎖,先打印出所有線程當前的堆棧,可以看到哪個線程正在申請鎖。然後print 所有的pthread_mutex_t*mutex變量,通過__owner可以看到該鎖正在被哪個線程持有,就可以分析出死鎖所在位置。例如:

(gdb) thread 5
[Switching to thread 5 (Thread 0x41e37940 (LWP 6722))]#0 0x0000003d1a80d4c4 in
__lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0
(gdb) where
#0 0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0
#1 0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0
#2 0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0
#3 0x0000000000400a9b in func1 () at lock.cpp:18
#4 0x0000000000400ad7 in thread1 (arg=0x0) at lock.cpp:43
#5 0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0
#6 0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6
(gdb) f 3
#3 0x0000000000400a9b in func1 () at lock.cpp:18
18 pthread_mutex_lock(&mutex2);
(gdb) thread 4
[Switching to thread 4 (Thread 0x42838940 (LWP 6723))]#0 0x0000003d1a80d4c4 in
__lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0
(gdb) f 3
#3 0x0000000000400a17 in func2 () at lock.cpp:31
31 pthread_mutex_lock(&mutex1);
(gdb) p mutex1
$1 = {__data = {__lock = 2, __count = 0, __owner = 6722, __nusers = 1, __kind = 0,
__spins = 0, __list = {__prev = 0x0, __next = 0x0}},
__size = “\002\000\000\000\000\000\000\000B\032\000\000\001”, ‘\000’
<repeats 26 times>, __align = 2}
(gdb) p mutex3
$2 = {__data = {__lock = 0, __count = 0, __owner = 0, __nusers = 0,
__kind = 0, __spins = 0, __list = {__prev = 0x0, __next = 0x0}},
__size = ‘\000’ <repeats 39 times>, __align = 0}
(gdb) p mutex2
$3 = {__data = {__lock = 2, __count = 0, __owner = 6723, __nusers = 1,
__kind = 0, __spins = 0, __list = {__prev = 0x0, __next = 0x0}},
__size = “\002\000\000\000\000\000\000\000C\032\000\000\001”, ‘\000’
<repeats 26 times>, __align = 2}
(gdb)
從上面可以發現,線程 4 正試圖獲得鎖 mutex1,但是鎖 mutex1 已經被 LWP 爲 6722 的線程得到(__owner = 6722),線程 5 正試圖獲得鎖 mutex2,但是鎖 mutex2 已經被 LWP 爲 6723 的 得到(__owner =6723),從 pstack 的輸出可以發現,LWP 6722 與線程 5 是對應的,LWP 6723 與線程 4 是對應的。所以我們可以得出,線程 4 和線程 5 發生了交叉持鎖的死鎖現象。查看線程的源代碼發現,線程 4 和線程 5 同時使用 mutex1 和 mutex2,且申請順序不合理。

信號(Signals)
信號是一種軟中斷,是一種處理異步事件的方法。一般來說,操作系統都支持許多信號。尤其是UNIX,比較重要應用程序一般都會處理信號。UNIX定義了許多信號,比如SIGINT表示中斷字符信號,也就是Ctrl+C的信號,SIGBUS表示硬件故障的信號,SIGCHLD表示子進程狀態改變信號,SIGKILL表示終止程序運行的信號,等等。信號編程是UNIX下非常重要的一種技術。

GDB有能力在你調試程序的時候處理任何一種信號,你可以告訴GDB需要處理哪一種信號。你可以要求GDB收到你所指定的信號時,馬上停住正在運行的程序,以供你進行調試。你可以用GDB的handle命令來完成這一功能。

handle<signal> <keywords...>

在GDB中定義一個信號處理。信號可以以SIG開頭或不以SIG開頭,可以用定義一個要處理信號的範圍(如:SIGIO-SIGKILL,表示處理從SIGIO信號到SIGKILL的信號,其中包括SIGIO,SIGIOT,SIGKILL三個信號),也可以使用關鍵字all來標明要處理所有的信號。一旦被調試的程序接收到信號,運行程序馬上會被GDB停住,以供調試。其可以是以下幾種關鍵字的一個或多個:

nostop程序收到信號時,GDB不會停住程序的運行,但會打出消息告訴你收到這種信號。
stop 程序收到信號時,GDB會停住你的程序。
print 程序收到信號時,GDB會顯示出一條信息。
noprint 程序收到信號時,GDB不會告訴你收到信號的信息。
pass/noignore程序收到信號時,GDB不處理信號。GDB會把這個信號交給被調試程序會處理。
nopass/ignore 當被調試的程序收到信號時,GDB不會讓被調試程序來處理這個信號。
info signals / info handle 查看有哪些信號在被GDB檢測中。

使用signal 命令,可以產生一個信號給被調試的程序,如中斷信號Ctrl + C。這非常方便於程序的調試,可以在程序運行的任意位置設置斷點,並在該斷點用GDB產生一個信號量,這種精確地在某處產生信號非常有利程序的調試。 signal命令和shell的kill命令不同,系統的kill命令發信號給被調試程序時,是由GDB截獲的,而single命令所發出的信號則是直接發給被調試程序的。

參考文獻:

1、http://blog.csdn.net/haoel

2、Debugging with gdb The gnu Source-Level Debugger Tenth Edition,for gdb version 7.7.50.20140215-cvs

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