GDB調試簡易教程

入門

GDB是一個由GNU開源組織發佈的、UNIX/LINUX操作系統下的、基於命令行的、功能強大的程序調試工具。 對於一名Linux下工作的c++程序員,gdb是必不可少的工具;

1.1. 啓動gdb

對C/C++程序的調試,需要在編譯前就加上-g選項:

$g++ -g hello.cpp -o hello

調試可執行文件:

$gdb <program>

program也就是你的執行文件,一般在當前目錄下。

調試core文件(core是程序非法執行後core dump後產生的文件):

$gdb <program> <core dump file>
$gdb program core.11127

調試服務程序:

$gdb <program> <PID>
$gdb hello 11127

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。program應該在PATH環境變量中搜索得到。

1.2. gdb交互命令

啓動gdb後,進入到交互模式,通過以下命令完成對程序的調試;注意高頻使用的命令一般都會有縮寫,熟練使用這些縮寫命令能提高調試的效率;

運行

run:簡記爲 r ,其作用是運行程序,當遇到斷點後,程序會在斷點處停止運行,等待用戶輸入下一步的命令。

continue (簡寫c ):繼續執行,到下一個斷點處(或運行結束)

next:(簡寫 n),單步跟蹤程序,當遇到函數調用時,也不進入此函數體;此命令同 step 的主要區別是,step 遇到用戶自定義的函數,將步進到函數中去運行,而 next 則直接調用函數,不會進入到函數體內。

step (簡寫s):單步調試如果有函數調用,則進入函數;與命令n不同,n是不進入調用的函數的

until: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。

until+行號: 運行至某行,不僅僅用來跳出循環

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。

call 函數(參數):調用程序中可見的函數,並傳遞“參數”,如:call gdb_test(55)

quit:簡記爲 q ,退出gdb

設置斷點

break n (簡寫b n):在第n行處設置斷點
	可以帶上代碼路徑和代碼名稱: b OAGUPDATE.cpp:578

b fn1 if a>b:條件斷點設置

break func(break縮寫爲b):在函數func()的入口處設置斷點,如:break cb_button

delete 斷點號n:刪除第n個斷點

disable 斷點號n:暫停第n個斷點

enable 斷點號n:開啓第n個斷點

clear 行號n:清除第n行的斷點

info b (info breakpoints) :顯示當前程序的斷點設置情況

delete breakpoints:清除所有斷點:

查看源代碼

list :簡記爲 l ,其作用就是列出程序的源代碼,默認每次顯示10行。

list 行號:將顯示當前文件以“行號”爲中心的前後10行代碼,如:list 12

list 函數名:將顯示“函數名”所在函數的源代碼,如:list main

list :不帶參數,將接着上一次 list 命令的,輸出下邊的內容。

打印表達式

print 表達式:簡記爲 p ,其中“表達式”可以是任何當前正在被測試程序的有效表達式,比如當前正在調試C語言的程序,那麼“表達式”可以是任何C語言的有效表達式,包括數字,變量甚至是函數調用。

print a:將顯示整數 a 的值

print ++a:將把 a 中的值加1,並顯示出來

print name:將顯示字符串 name 的值

print gdb_test(22):將以整數22作爲參數調用 gdb_test() 函數

print gdb_test(a):將以變量 a 作爲參數調用 gdb_test() 函數

display 表達式:在單步運行時將非常有用,使用display命令設置一個表達式後,它將在每次單步進行指令後,緊接着輸出被設置的表達式及值。如: display a

watch 表達式:設置一個監視點,一旦被監視的“表達式”的值改變,gdb將強行終止正在被調試的程序。如: watch a

whatis :查詢變量或函數

info function: 查詢函數

擴展info locals: 顯示當前堆棧頁的所有變量

查詢運行信息

where/bt :當前運行的堆棧列表;

bt backtrace 顯示當前調用堆棧

up/down 改變堆棧顯示的深度

set args 參數:指定運行時的參數

show args:查看設置好的參數

info program: 來查看程序的是否在運行,進程號,被暫停的原因。

分割窗口

layout:用於分割窗口,可以一邊查看代碼,一邊測試:

layout src:顯示源代碼窗口

layout asm:顯示反彙編窗口

layout regs:顯示源代碼/反彙編和CPU寄存器窗口

layout split:顯示源代碼和反彙編窗口

Ctrl + L:刷新窗口

tips:交互模式下直接回車的作用是重複上一指令,對於單步調試非常方便;

進階

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 /

/ 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,比如,如果要把表達式按16進制的格式輸出,那麼就是/x。

一、表達式

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。可惜的是GDB不能使用你在程序中所定義的宏。
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。(而關於用GDB調試其它語言的章節,我將在後面介紹)
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。

二、程序變量

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

可以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。

三、數組

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。

四、輸出格式

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。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。

例如:

(gdb) p i
$21 = 101
(gdb) p/a i
$22 = 0x65
(gdb) p/c i
$23 = 101 'e'
(gdb) p/f i
$24 = 1.41531145e-43
(gdb) p/x i
$25 = 0x65
(gdb) p/t i
$26 = 1100101

五、查看內存

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:
命令: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。

六、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:

undisplay
delete display

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
enable display

disable和enalbe不刪除自動顯示的設置,而只是讓其失效和恢復。

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。

七、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。

set print address
set print address on

打開地址輸出,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,如:

(gdb) f
#0 set_quotes (lq=0x34c78 "<<", rq=0x34c88 ">>")
at input.c:530
530 if (lquote != def_lquote)

set print address off

關閉函數的參數地址顯示,如:

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

查看當前地址顯示選項是否打開。

set print array
set print array on

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。與之相關的兩個命令如下,我就不再多說了。

set print array off
show print array
set print 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。

set print null-stop

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

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。如:

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

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"}
show print pretty

查看GDB是如何顯示結構體的。

set print sevenbit-strings

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“65”。

show print sevenbit-strings

查看字符顯示開關是否打開。

set print union

設置顯示結構體時,是否顯式其內的聯合體數據。例如有以下數據結構:

typedef enum {Tree, Bug} Species;
typedef enum {Big_tree, Acorn, Seedling} Tree_forms;
typedef enum {Caterpillar, Cocoon, Butterfly}
Bug_forms;
struct thing {
Species it;
union {
Tree_forms tree;
Bug_forms bug;
} form;
};
struct thing 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 = {...}}
show print union

查看聯合體數據的顯示方式

set print object

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

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

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。

show print vtbl

查看虛函數顯示格式的選項。

八、歷史記錄

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。

九、GDB環境變量

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

使用環境變量時,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,環境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 $i = 0
print bar[$i++]->contents

於是,當你就不必,print bar[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。

十、查看寄存器

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)

info all-registers

查看所有寄存器的情況。(包括浮點寄存器)

info registers

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(ip),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 $eip。

更強大的工具

cgdb

cgdb可以看作gdb的界面增強版,用來替代gdb的 gdb -tui。cgdb主要功能是在調試時進行代碼的同步顯示,這無疑增加了調試的方便性,提高了調試效率。界面類似vi,符合unix/linux下開發人員習慣;如果熟悉gdb和vi,幾乎可以立即使用cgdb。

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