用 GDB 调试程序

GDB 概述
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GDB 是 GNU 开源组织发布的一个强大的 UNIX 下的程序调试工具。或许，各位比较喜欢那种图形界面方式的，像 VC 、 BCB 等 IDE 的调试，但如果你是在 UNIX 平台下做软件，你会发现 GDB 这个调试工具有比 VC 、 BCB 的图形化调试器更强大的功能。所谓 “ 寸有所长，尺有所短 ” 就是这个道理。

一般来说， GDB 主要帮忙你完成下面四个方面的功能：

    1 、启动你的程序，可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。
    2 、可让被调试的程序在你所指定的调置的断点处停住。（断点可以是条件表达式）
    3 、当程序被停住时，可以检查此时你的程序中所发生的事。
    4 、动态的改变你程序的执行环境。

从上面看来， GDB 和一般的调试工具没有什么两样，基本上也是完成这些功能，不过在细节上，你会发现 GDB 这个调试工具的强大，大家可能比较习惯了图形化的调试工具，但有时候，命令行的调试工具却有着图形化工具所不能完成的功能。让我们一一看来。


一个调试示例
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源程序： tst.c

     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;
    11 }
    12
    13
    14 main()
    15 {
    16         int i;
    17         long result = 0;
    18         for(i=1; i<=100; i++)
    19         {
    20                 result += i;
    21         }
    22
    23        printf("result[1-100] = %d /n", result );
    24        printf("result[1-250] = %d /n", func(250) );
    25 }

编译生成执行文件：（ Linux 下）
    hchen/test> cc -g tst.c -o tst

使用 GDB 调试：

hchen/test> gdb tst <---------- 启动 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 命令相当于 list ，从第一行开始例出原码。
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)       <-------------------- 直接回车表示，重复上一次命令
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    <-------------------- 设置断点，在源程序第 16 行处。
Breakpoint 1 at 0x8048496: file tst.c, line 16.
(gdb) break func <-------------------- 设置断点，在函数 func() 入口处。
Breakpoint 2 at 0x8048456: file tst.c, line 5.
(gdb) info break <-------------------- 查看断点信息。
Num Type           Disp Enb Address    What
1   breakpoint     keep y   0x08048496 in main at tst.c:16
2   breakpoint     keep y   0x08048456 in func at tst.c:5
(gdb) r           <--------------------- 运行程序， run 命令简写
Starting program: /home/hchen/test/tst

Breakpoint 1, main () at tst.c:17    <---------- 在断点处停住。
17               long result = 0;
(gdb) n          <--------------------- 单条语句执行， next 命令简写。
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          <--------------------- 继续运行程序， continue 命令简写。
Continuing.
result[1-100] = 5050       <---------- 程序输出。

Breakpoint 2, func (n=250) at tst.c:5
5                int sum=0,i;
(gdb) n
6                for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p i        <--------------------- 打印变量 i 的值， print 命令简写。
$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        <--------------------- 查看函数堆栈。
#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    <--------------------- 退出函数。
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     <--------------------- 继续运行。
Continuing.
result[1-250] = 31375    <---------- 程序输出。

Program exited with code 027. <-------- 程序退出，调试结束。
(gdb) q     <--------------------- 退出 gdb 。
hchen/test>

好了，有了以上的感性认识，还是让我们来系统地认识一下 gdb 吧。




使用 GDB
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一般来说 GDB 主要调试的是 C/C++ 的程序。要调试 C/C++ 的程序，首先在编译时，我们必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器（ cc/gcc/g++ ）的 -g 参数可以做到这一点。如：

    > cc -g hello.c -o hello
    > g++ -g hello.cpp -o hello

如果没有 -g ，你将看不见程序的函数名、变量名，所代替的全是运行时的内存地址。当你用 -g 把调试信息加入之后，并成功编译目标代码以后，让我们来看看如何用 gdb 来调试他。

启动 GDB 的方法有以下几种：

    1 、 gdb <program>
       program 也就是你的执行文件，一般在当然目录下。

    2 、 gdb <program> core
       用 gdb 同时调试一个运行程序和 core 文件， core 是程序非法执行后 core dump 后产生的文件。

    3 、 gdb <program> <PID>
       如果你的程序是一个服务程序，那么你可以指定这个服务程序运行时的进程 ID 。 gdb 会自动 attach 上去，并调试他。 program 应该在 PATH 环境变量中搜索得到。



GDB 启动时，可以加上一些 GDB 的启动开关，详细的开关可以用 gdb -help 查看。我在下面只例举一些比较常用的参数：

    -symbols <file>
    -s <file>
    从指定文件中读取符号表。

    -se file
    从指定文件中读取符号表信息，并把他用在可执行文件中。

    -core <file>
    -c <file>
    调试时 core dump 的 core 文件。

    -directory <directory>
    -d <directory>
    加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中 PATH 所定义的路径。

GDB 的命令概貌
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启动 gdb 后，就你被带入 gdb 的调试环境中，就可以使用 gdb 的命令开始调试程序了， gdb 的命令可以使用 help 命令来查看，如下所示：

    /home/hchen> 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) help
    List of classes of commands:

    aliases -- Aliases of other commands
    breakpoints -- Making program stop at certain points
    data -- Examining data
    files -- Specifying and examining files
    internals -- Maintenance commands
    obscure -- Obscure features
    running -- Running the program
    stack -- Examining the stack
    status -- Status inquiries
    support -- Support facilities
    tracepoints -- Tracing of program execution without stopping the program
    user-defined -- User-defined commands

    Type "help" followed by a class name for a list of commands in that class.
    Type "help" followed by command name for full documentation.
    Command name abbreviations are allowed if unambiguous.
    (gdb)

gdb 的命令很多， gdb 把之分成许多个种类。 help 命令只是例出 gdb 的命令种类，如果要看种类中的命令，可以使用 help <class> 命令，如： help breakpoints ，查看设置断点的所有命令。也可以直接 help <command> 来查看命令的帮助。


gdb 中，输入命令时，可以不用打全命令，只用打命令的前几个字符就可以了，当然，命令的前几个字符应该要标志着一个唯一的命令，在 Linux 下，你可以敲击两次 TAB 键来补齐命令的全称，如果有重复的，那么 gdb 会把其例出来。
  
    示例一：在进入函数 func 时，设置一个断点。可以敲入 break func ，或是直接就是 b func
    (gdb) b func
    Breakpoint 1 at 0x8048458: file hello.c, line 10.

    示例二：敲入 b 按两次 TAB 键，你会看到所有 b 打头的命令：
    (gdb) b
    backtrace break      bt
    (gdb)

    示例三：只记得函数的前缀，可以这样：
    (gdb) b make_ < 按 TAB 键 >
    （再按下一次 TAB 键，你会看到 : ）
    make_a_section_from_file     make_environ
    make_abs_section             make_function_type
    make_blockvector             make_pointer_type
    make_cleanup                 make_reference_type
    make_command                 make_symbol_completion_list
    (gdb) b make_
    GDB 把所有 make 开头的函数全部例出来给你查看。

    示例四：调试 C++ 的程序时，有可以函数名一样。如：
    (gdb) b 'bubble( M-?
    bubble(double,double)    bubble(int,int)
    (gdb) b 'bubble(
    你可以查看到 C++ 中的所有的重载函数及参数。（注： M-? 和 “ 按两次 TAB 键 ” 是一个意思）

要退出 gdb 时，只用发 quit 或命令简称 q 就行了。



GDB 中运行 UNIX 的 shell 程序
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在 gdb 环境中，你可以执行 UNIX 的 shell 的命令，使用 gdb 的 shell 命令来完成：

    shell <command string>
    调用 UNIX 的 shell 来执行 <command string> ，环境变量 SHELL 中定义的 UNIX 的 shell 将会被用来执行 <command string> ，如果 SHELL 没有定义，那就使用 UNIX 的标准 shell ： /bin/sh 。（在 Windows 中使用 Command.com 或 cmd.exe ）

还有一个 gdb 命令是 make ：
    make <make-args>
    可以在 gdb 中执行 make 命令来重新 build 自己的程序。这个命令等价于 “ shell make <make-args> ” 。

在 GDB 中运行程序
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当以 gdb <program> 方式启动 gdb 后， gdb 会在 PATH 路径和当前目录中搜索 <program> 的源文件。如要确认 gdb 是否读到源文件，可使用 l 或 list 命令，看看 gdb 是否能列出源代码。

在 gdb 中，运行程序使用 r 或是 run 命令。程序的运行，你有可能需要设置下面四方面的事。

1 、程序运行参数。
    set args 可指定运行时参数。（如： set args 10 20 30 40 50 ）
    show args 命令可以查看设置好的运行参数。

2 、运行环境。
    path <dir> 可设定程序的运行路径。
    show paths 查看程序的运行路径。
    set environment varname [=value] 设置环境变量。如： set env USER=hchen
    show environment [varname] 查看环境变量。

3 、工作目录。
    cd <dir> 相当于 shell 的 cd 命令。
    pwd 显示当前的所在目录。

4 、程序的输入输出。
    info terminal 显示你程序用到的终端的模式。
    使用重定向控制程序输出。如： run > outfile
    tty 命令可以指写输入输出的终端设备。如： tty /dev/ttyb


调试已运行的程序
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两种方法：
1 、在 UNIX 下用 ps 查看正在运行的程序的 PID （进程 ID ），然后用 gdb <program> PID 格式挂接正在运行的程序。
2 、先用 gdb <program> 关联上源代码，并进行 gdb ，在 gdb 中用 attach 命令来挂接进程的 PID 。并用 detach 来取消挂接的进程。



暂停 / 恢复程序运行
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调试程序中，暂停程序运行是必须的， GDB 可以方便地暂停程序的运行。你可以设置程序的在哪行停住，在什么条件下停住，在收到什么信号时停往等等。以便于你查看运行时的变量，以及运行时的流程。

当进程被 gdb 停住时，你可以使用 info program 来查看程序的是否在运行，进程号，被暂停的原因。

在 gdb 中，我们可以有以下几种暂停方式：断点（ BreakPoint ）、观察点（ WatchPoint ）、捕捉点（ CatchPoint ）、信号（ Signals ）、线程停止（ Thread Stops ）。如果要恢复程序运行，可以使用 c 或是 continue 命令。