聊聊關於C/C++調試的看法

只討論Linux 環境下的 C/C++ debug。

在 Windows 環境下開發由很多優秀的 IDE 可以使用，而在 Linux 下開發C/C++，最好的開發環境並不是 IDE，而是一系列工具的組合。不要執着於爭論到底是 ide 齊全還是 vim/emacs 效率高，只要用慣、用熟了，效率不會區別太大。確實存在某些場合只能使用 vim ，但這樣並不能說明哪種更好。嗯……習慣、喜歡。

當然，vim 等一開始需要花點時間折騰，需要耐心和興趣，不過維護好自己的vimrc等配置文件，之後在使用上如何就見仁見智了。

步驟	工具
編輯	vim/emacs/vscode + plugins
調試	gdb / log /valgrind / cppcheck / file / nm / ldd 等
編譯	gcc / g++/ cmake / makefile / clang 等
鏈接	link
遠程調試	gdb-server / ssh?
腳本	shell
分屏	tmux

debug 是什麼

調試，是一種發現源代碼錯誤，排查 Bug 的過程，錯誤的類型有語法錯誤，邏輯錯誤，內存泄露等。

debug 的步驟

1. 插入打印語句------如printf、cout等打印語句，能夠顯示程序的動態過程，容易檢查源程序的有關信息；缺點是大量無關數據，發現 bug 有偶然性。
2. 運行部分程序------爲了測試某段一段可能出錯的代碼，執行整個程序的做法是低效率的；因此應設法讓程序只執行需要檢查的程序段，提高效率。
3. 藉助調試工具------上面的方法可以說是“人肉debug“，只能在代碼量少的情況下發揮作用。大多數語言有專門的調試工具，藉助工具調試纔是正確的 debug 打開方式。

debug 分類

1. 靜態調試------插入打印語句printf、cout，輸出寄存器、關鍵變量的動態值。（低效）

2. 動態調試------即使用調試工具分析程序的動態行爲。如利用valgrind檢查內存泄露問題；設置斷點（程序語言自身提供，不是外部工具），分析程序此時的狀態；使用內置的宏。

   • 使用調試標記

     在源代碼中使用相應的輔助代碼，debug 完成之後 隱藏 這些代碼的一種調試策略。藉助 #define/#ifdef/#endif 三個編譯指令。相當於使用 #define 定義宏，#ifdef / #endif 之間包含調試代碼。調試完成後，生成發行版時，在編譯器命令行參數中設置不提供調試標記，這段代碼就會銷燬。常用調試標記_DEBUG(VC++)

     #ifdef _DEBUG
     	std::cout << "something..." << std::endl;
     #endif

   • 使用調試變量

     運行時設置一個bool 類型的變量，決定特定調試程序段的開關，且該變量可以通過命令行參數設定。

     #include ...
     bool _debug_;
     int main(int argc, char* argv[])
     {
         if(_debug_){
             //do something
         }
     }

   • 使用內置宏

     __FILE__ / __FUNCTION__ / __LINE__ 自動獲取有關模塊、函數、宏的信息。

     {
     	std::cout << __FILE__ << std::endl;
     	std::cout << __FUNTION__ << std::endl;
     	std::cout << __LINE__ << std::endl;
     }

debug 調試跟蹤工具

• gdb ==> 最重要最常用最基礎（Linux）

  • 設置斷點，且斷點可以是條件表達式
  • 快速定位 bug，如使用 bt / where 可以快速找到程序出現 core dump （核心轉儲）的位置。core dump就是程序運行中發生execption，異常退出時，由操作系統把程序當前的內存狀況存儲在一個core文件中，又叫做segmentation fault。

• valgrind ==> 內存

  • 內存調試、內存泄漏檢測以及性能分析

• strace

  • 跟蹤並顯示用戶程序中的系統調用的詳細信息（parameters/return values/system call/time/…）
  • 適用於a.out/.exe或運行中的進程，用戶可觀察程序的運行狀態

• pstack

  查看進程的實時堆棧信息。

靜態分析工具

• cppcheck

  • C/C++代碼缺陷靜態檢查，檢測未使用的變量，越界訪問，內存泄漏等問題。
  • 不同於其他編譯器和分析工具，cppcheck只檢查編譯器檢查不出來的bug，不檢查語法錯誤。作爲編譯器的一種補充檢查。

• ldd

  ldd 命令可以查看當前 a.out/.exe或者動態庫需要依賴那些動態庫，以及缺少哪些動態庫。ldd -r 可以報告缺少的目標對象和函數。

• file

  查看文件類型，對於可執行文件或動態庫，可查看使用需要 link 動態庫，同時可查看是否包含符號表。file filename

• nm

  列出目標文件中的符號。通常情況下，對於鏈接問題可以通過該命令的-D -u參數來查看相關符號。nm -CDu filename

• strip

  清理共享庫或可執行文件中的符號信息和調試信息，通常在程序發佈前使用。

性能調試工具

• perf ==> CPU

  分析應用程序或內核代碼性能。對單個程序做函數調用次數、上下文切換次數、中斷次數等信息進行統計。

• prof/gprof

  顯示程序運行所用的 時間 具體用在什麼操作上，可用於性能優化。