嵌入式開發中使用DDD進行調試

    1.認識DDD

    GNU DDD是命令行調試程序，如GDB、DBX、WDB、Ladebug、JDB、XDB、Perl Debugger或Python Debugger的可視化圖形前端。它特有的圖形數據顯示功能（Graphical Data Display）可以把數據結構按照圖形的方式顯示出來。DDD最初源於1990年Andreas Zeller編寫的VSL結構化語言，後來經過一些程序員的努力，演化成今天的模樣。DDD的功能非常強大，可以調試用C/C++、Ada、 Fortran、Pascal、Modula-2和Modula-3編寫的程序；可以超文本方式瀏覽源代碼；能夠進行斷點設置、回溯調試和歷史紀錄編輯； 具有程序在終端運行的仿真窗口，並在遠程主機上進行調試的能力；圖形數據顯示功能（Graphical Data Display）是創建該調試器的初衷之一，能夠顯示各種數據結構之間的關係，並將數據結構以圖形化形式顯示；具有GDB/DBX/XDB的命令行界面， 包括完全的文本編輯、歷史紀錄、搜尋引擎。

    DDD是開源軟件，用戶可以去http://www.cs.tubs.de/softech/ddd/下載.rpm格式的DDD源碼文件。

     圖1顯示的是DDD的主窗口。它主要由選單欄、工具條、數據窗口、源文件窗口、機器碼窗口、控制檯和命令工具窗口等幾部分組成。其中，數據窗口用於觀察復 雜的數據結構，在刪除數據之後，顯示仍然有效；源文件窗口顯示源代碼、斷點和當前執行到達的位置，選擇該窗口中的“Display”項，可以顯示任意表達 式的值；機器碼窗口顯示當前所選函數的機器代碼，但僅對於GDB來說是可用的；在Debugger控制檯裏，用戶可以與DDD內置調試器的命令行接口進行 交互，等同於執行命令工具欄中的命令。

圖1 DDD的主窗口

     2.DDD運行機理

    在設計DDD的時候，主創人員決定把它與GDB之間的耦合度儘可能降小。因爲像GDB這樣的開源軟件，更新要比商業軟件快。所以爲了使GDB的變化不會影響到DDD，在DDD中，GDB是作爲獨立的進程運行的，通過命令行接口與DDD進行交互。

    DDD 的運行機理如圖2所示。它顯示了用戶、DDD、GDB和被調試進程之間的關係。爲了使響應時間變小，DDD和GDB之間的所有通信都是異步進行的。在 DDD中發出的GDB命令都會與一個回調例程相連，放入命令隊列中。這個回調例程在合適的時間會處理GDB的輸出。例如，如果用戶手動輸入一條GDB的命 令，DDD就會把這條命令與顯示GDB輸出的一個回調例程連起來。一旦GDB命令完成，就會觸發回調例程，GDB的輸出就會顯示在DDD的命令窗口中。

圖2 DDD的運行機理

    DDD 在事件循環時等待用戶輸入和GDB輸出，同時等着GDB進入等待輸入狀態。當GDB可用時，下一條命令就會從命令隊列中取出，送給GDB。GDB到達的輸 出由上次命令的回調過程來處理。這種異步機制避免了DDD在等待GDB輸出時發生阻塞現象，到達的事件可以在任何時間得到處理。

DDD和GDB的分離使得DDD運行速度變慢，但這種方法還有很多好處。例如，用戶可以把GDB調試器換成其它調試器，如DBX等。另外，還可以在不同的機器上運行GDB和DDD。

    3. DDD調試示例

    現在就用DDD來實際調試下面sample.c這段程序，爲了節省空間，去掉了所有的註釋。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>


#define MAXINPUTSTRINGSIZE 5

int n;

int factn;

char resultstring[100]; 


int getInt()

{

	char * inputString;

	int inputInt;

	inputString = (char *) malloc (MAXINPUTSTRINGSIZE * sizeof(char));

	printf("Enter the value:");

	fgets(inputString, MAXINPUTSTRINGSIZE, stdin);

	printf("You entered %s/n", inputString);

	inputInt = atoi(inputString);

	return inputInt;

}


int computeFact(int n)

{

	int accum=0;

	while(n>1) {

		accum *= n;

		n--;

	}

	return accum;

}


char * buildResultString(int x, int factx)

{

	char * resultString = (char *) malloc(100 * sizeof(char));

	sprintf(resultString, "The factorial of %d is %d/n", x, factx);

	return resultString;

}


void main(int argc, char * argv[])

{

	char * outString;  // The string we will print out

	n = getInt();

	factn = computeFact(n);

	outString = buildResultString(n, factn);

	printf("%s/n",outString);

}

    首先，使用下面的命令編譯sample.c，切記要使用“-g”選項生成調試信息：
    ＃gcc -g -o sample sample.c

    接着運行sample程序，輸入數值“5”後，可以看到如下結果：
    You entered 5
    The factorial of 5 is 0

    可以看出，上面程序中是有錯誤的，需要進行調試。輸入下面的命令啓動DDD調試器，調試這個可執行程序：
    ＃ddd sample

    一段時間之後，DDD的主窗口就會出現。找到懷疑出錯的地方，在相應的代碼上設置斷點（在有懷疑的行上單擊鼠標左鍵，然後單擊工具欄中的“Break”按鈕）。然後單擊命令工具欄上的運行按鈕或在選單欄“Commands”裏選擇運行相關命令，如圖3所示。

圖3 使用DDD進行調試

    在控制檯中提示符下輸入數字“5”後按回車鍵，就會運行到圖3中箭頭指示的位置。這時候檢查可疑變量accum的值，在控制檯提示後輸入下面的命令：
    (gdb) display accum

    接着往下單步運行，多次點擊工具欄中的“Step”按鈕，觀察變量accum的結果。具體參考如下：

(gdb) step

43 while(n>1) {

1: accum = 0

(gdb)

44 accum *= n;

1: accum = 0

(gdb)

45 n--;

1: accum = 0

(gdb)

43 while(n>1) {

1: accum = 0

(gdb)

44 accum *= n;

1: accum = 0

(gdb)

45 n--;

1: accum = 0

    可以看出問題出在accum上。這時點擊命令工具欄上的“Kill”按鈕將程序斷掉，把初始化accum的那一句改爲“int accum = 1;”。重新運行之後，發現結果正確。至此，調試過程完畢。

   4. 特殊功能

    上面只是粗略地介紹了DDD調試的方法。實際上，DDD還有一些與衆不同的功能，例如可視化顯示數據結構（單個結構體、二叉樹、鏈表等）和繪製數據集等。

     圖4就是按點集繪製的數組sval中保存的數據（首先在源碼窗口選中要顯示的數組，然後點擊工具欄中的“Plot”按鈕，即會出現繪製窗口）。用戶也可以 不按數據點集顯示，在彈出窗口選單“Plot”下選擇“Lines”，就可以顯示成連線段。這個功能非常直觀，對於程序員調試程序來說是有很大幫助作用 的。

圖4 繪製數據集

    DDD包含的內容不止這些，由於篇幅的限制，這裏就不多說了。希望能起到拋磚引玉的作用。如果用戶想進一步學習，可以參考DDD的用戶手冊。