Linux下GDB的使用

环境：Ubuntu 18.04.6

文章参考：爱编程的大丙 (subingwen.cn)

简介：

gdb是由软件系统社区提供的调试器，同gcc配套组成了一套完整的开发环境，可移植性很好，支持非常多的体系结构并被移植到各种系统中（包括各种Unix系统与Windos系统里的MinGW和Cygwin）。此外，除了C语言之外，gcc/gdb还支持包括C++、Objecttive——C、Ada和Pascal等各种语言后端的编译和调试。gcc/gdb是Linux和许多类Unix系统中的标准开发环境。Linux内核也是专门针对gcc进行编码的。

1. 调试准备

参数：

项目程序如果是为了调试而进行的编译，那么必须要打开调试选项-g（该指令在编译阶段起作用）。此外还有一些其它选项，如：

• 在尽量不影响程序行为的情况下关闭编译器的优化选项-O0
• 使用-Wall选项打开所有的warning输出。

而-g的作用是在可执行程序中加入源代码的信息，比如可执行文件中的第几条机器指定对应源代码的第几行，但并不是将整个源文件嵌入到可执行文件中，因此在调试时必须能保证gdb能找到源文件。

EG：

1. 编写一个测试文件：

   #include <stdio.h>
   #include <string.h>
   
   int main(int argc, char* argv[]){
       printf("输入了%d个参数\n", argc);
       for(int i=0; i<argc; i++){
           printf("第%d个参数为：%s\n", i, argv[i]);	
       }
       return 0;
   }
   

2. 使用gcc进行编译，一个正常编译，一个通过-g参数说明编译时加入gdb支持：

   gcc args.c -o app			# 正常编译
   gcc -g args.c -o appGdb		# 加入gdb支持
   # 展示文件大小
   ll
   -rwxrwxr-x 1 beasts777 beasts777 16696 11月 15 03:24 app*
   -rwxrwxr-x 1 beasts777 beasts777 19336 11月 15 03:25 appGdb*
   

   可以看出：加入调试支持的可执行程序更大一些。

2. 启动和退出gdb

2.1 启动gdb

命令格式：

gdb 程序名

需要注意的是：此时gdb进程启动，但程序并未启动。如果想要启动程序，需要其它指令。

EG：

gdb appGdb

2.2 命令行传参

有些程序启动时需要传参，在gdb中传参，步骤如下：

1. 启动gdb：

   gdb 程序名
   

2. 在gdb启动后，程序启动前设置参数：

   # 语法：
   set args 参数1 参数2...
   

3. 查看设置的参数：

   show args
   

EG：

当前调试程序为：appGdb

# 输入
gdb appGdb
set args a b c d
show args
# 输出
Argument list to give program being debugged when it is started is "a b c d".

2.3 gdb中启动程序

在gdb中启动程序有两种方法：

• run（等价于r）：如果程序设置了断点，会停在第一个断点的位置。如果没有，那么程序将会直接执行完毕。
• start：启动程序，但会阻塞在程序第一行，等待用户的后续操作。

如果想要在start阻塞后继续运行，或遇到断点后继续运行，应当使用指令：

• continue（等价于c）：让程序在当前阻塞处或断点处继续运行。

注意：在整个gdb调试过程中，启动应用程序的命令只能执行一次。

2.4 退出gdb

通过命令：

• quit（等价于q）：通过该命令终止gdb进程。

3. 查看代码

简介：

gdb作为一个命令行程序，并不提供GUI界面，对于代码的查看工作通过指令完成，即：

• list（等价于l）：通过该命令可以查看不同文件中的代码，还可以根据文件行号、函数名来查看指定位置的代码。

3.1 当前文件

一个程序往往由多个源文件组成，默认情况下当前文件为main函数所在的原文件，list查看到的代码信息也默认是main函数所在的文件的信息，除非进行文件切换。

list：

# 使用list或l均可
# 默认从第一行进行展示，默认展示地行数为10行
(gdb) list
# 可以指定行号，显示该行的上下文，默认10行
(gdb) list 7
# 可以指定函数名，显示该函数的上下文，默认10行
(gdb) list add

如果想查看后续文件，可以：

• 继续输入l
• 直接按回车键

3.2 切换文件

有时我们可能需要查看除了main函数所在文件以外的其他文件，这就需要我们切换当前文件位置，切换方式如下：

# 切换到指定的文件，并列出这行号对应的上下文代码, 默认情况下只显示10行内容
(gdb) l 文件名:行号

# 切换到指定的文件，并显示这个函数的上下文内容, 默认显示10行
(gdb) l 文件名:函数名

注意：切换文件时必须指定行号或函数名。

3.3 一次显示的行数

默认一次显示10行。

关键字为listsize，使用时等价于list。

查看当前默认行数：

(gdb) show listsize 行数

修改默认行数：

(gdb) set listsize 行数

4. 断点操作

想要令程序阻塞到指定的代码位置，从而获取该位置程序的一些信息，如变量的值，我们就需要断点操作，并在程序阻塞到这里时通过指令对代码进行调试。

设置断点的命令为break，也可以缩写为b。

4.1 设置断点

断点分为下面两种：

常规断点：程序运行到这里时就会阻塞。

• 设置断点到当前文件的指定位置：

  (gdb) b 行号
  (gdb) b 函数		# 程序将会阻塞在该函数的第一行
  

• 设置断点到其它文件的指定位置：

  (gdb) b 文件名:行号
  (gdb) b 文件名:函数		# 程序将会阻塞在该函数的第一行
  

条件断点：只有满足响应条件，程序才会在该位置阻塞。

• (gdb) b 行号 if 变量名=某个值
  

4.2 查看断点

指令为：info break，可以简写为：i break

EG：

1. 设置断点：

   # info == i
   # 当前文件第六行设置断点
   (gdb) b 6
   # 输出
   Breakpoint 1 at 0x11c4: file args.c, line 6.
   # add.c源文件第5行，当i=2时，断点发挥作用
   (gdb) b add.c:5 if i=2
   # 输出
   Breakpoint 2 at 0x1164: file add.c, line 5.
   

2. 查看断点：

   Num     Type           Disp Enb Address            What
   1       breakpoint     keep y   0x00000000000011c4 in main at args.c:6
   2       breakpoint     keep y   0x0000000000001164 in add at add.c:5
   	stop only if i=2
   

断点表中的字符：

• Num：表示断点的编号，后续操作断点都是通过编号操纵。如删除断点、修改断点状态等。
• Enb：当前断点是否可用。y表示可用，n表示不可用。
• What：描述断点被作用在了哪个文件的哪一行或哪个函数上。

4.3 删除断点

指令为：delete 断点编号。其中delete可以简写为del或者d指令。

同时，可以分别删除多个断点，或删除一定范围内连续的断点。具体操作如下：

• 删除指定编号的断点：

  (gdb) d 2 5
  

• 删除一定范围内连续的断点：

  (gdb) d 2-5 	# 将会删除2、3、4、5断点
  

4.4 设置断点状态

可以通过调整断点装填来令断点失效或生效。指令为：

• 失效断点：disable 断点编号。其中disable==dis
• 生效断点：enable 断点编号。其中enable==ena`

与删除断点类似，设置断点状态也可以批量操作断点。

EG：

# disable==dis
# 令编号为1、2的断点失效
(gdb) dis 1 2
# 令编号为3、4、5的断点失效
(gdb) dis 3-5
# enabel==ena
# 令编号为1、2的断点生效
(gdb) ena 1 2
# 令编号为3、4、5的断点生效
(gdb) ena 3-5

5. 调试命令

当程序在阻塞时，就可以使用调试命令来对程序进行调试。

5.1 继续运行gdb

命令：continue（可以缩写为c）

使用场景：当程序阻塞在某处时，可以使用该指令，让程序继续运行。

# continue == c
(gdb) c

5.2 打印信息

应用场景：当程序阻塞在断点时，可以通过指令打印变量的值或变量类型。

打印变量的值：

• 指令：print（可缩写为p）

• 输出的变量需要格式化，具体格式化方式和C中输出格式化方式一致：

  格式化字符	说明
  /x	以十六进制的形式打印出整数。
  /d	以有符号、十进制的形式打印出整数。
  /u	以无符号、十进制的形式打印出整数。
  /o	以八进制的形式打印出整数。
  /t	以二进制的形式打印出整数。
  /f	以浮点数的形式打印变量或表达式的值。
  /c	以字符形式打印变量或表达式的值。

• 语法格式如下：

  # print == p
  (gdb) p 变量名		# 默认是10进制
  
  # 如果变量是一个整形, 默认对应的值是以10进制格式输出, 其他格式请参考上表
  (gdb) p/fmt 变量名
  

• 实例：

  # 默认输出
  (gdb) p argc
  $2 = 5
  # 格式化输出
  (gdb) p/x argc
  $3 = 0x5
  

打印变量类型

• 指令：ptype

• 语法格式：

  (gdb) ptype 变量名
  

• EG：

  (gdb) ptype argc
  type = int
  

5.3 自动打印信息

原因：在一些应用场景中，比如for循环，每次都手动输出变量进行追踪是较为复杂的，这时就需要自动打印信息的功能。

5.3.1 变量名自动显示

打印时机：每当程序暂停执行时，gdb就会帮我们把设置自动显示的变量打印出来。

指令：display

语法：

# 在变量有效范围内，打印变量的值（设置一次，以后就会自动显现）
(gdb) display 变量名
# 按照指定格式打印变量（这里的format和print的format表一致）
(gdb) display/fmt 变量名

5.3.2 查看自动显示列表

说明：所有通过display设置为自动打印的变量，都会被记录到一张表内，可以通过info diaplay查看。

指令：info diaplay（其中的info可以简写为i）

EG：

(gdb) info display
Auto-display expressions now in effect:
Num Enb Expression
1:   y  i
2:   y  array[i]
3:   y  /x array[i]

展现出的信息含义：

• Num：变量或表达式的编号，GDB编译器为每一个变量或表达式都分配有唯一的编号。后续操作也是通过这个编号。
• Enb：当前变量的撞他。生效表示为y，失效表示为n
• Expression：被自动打印的变量或表达式的名字。

5.3.3 取消自动显示

有两种方式：

1. 删除自动显示的变量或表达式：

   # 通过undisplay
   # 指定编号删除
   (gdb) undisplay num1 num2...
   # 删除一定范围内连续的变量或表达式
   (gdb) undisplay num1-num2
   # 通过delete
   (gdb) delete display num1 num2...
   (gdb) delete display num1-num2
   

2. 修改自动显示变量的状态，

   • 禁用：

     # 通过disable禁用
     (gdb) disable display num1 num2...
     (gdb) disable display num1-num2
     

   • 启用：

     # 通过enable启用
     (gdb) enable display num1 num2...
     (gdb) enable display num1-num2
     

5.4 单步调试

简介：所谓单步调试，就是程序阻塞到了某个断点后，对程序进行的一些操作。

5.4.1 step

step可以缩写为s，命令执行一次，代码向下执行一行。如果这一行是函数调用，那么程序会进入到函数内部。

5.4.2 finish

如果step单步进入函数内部，通过该命令可以跳出函数体。前提是该函数内没有有效的断点。

5.4.3 next

next可以缩写为n。其功能与step相似，但next不会进入到函数的内部，而是直接将函数运行完毕。

5.4.4 until

通过until可以跳出循环体。这需要满足以下条件：

• 循环体内不能有有效的断点。
• 必须在循环体的开始/结束部分执行该命令。

5.5 设置变量值

语法：set var 变量名=变量值

应用场景：在调试程序时，有时我们需要程序中的某个变量等于某个值，但短时间内又很难达到，这时我们就可以通过该指令修改该变量的值，从而达到目的。例如在for循环中，我们可以通过设置循环因子的值达到跳出循环的目的。