gdb

第十章 gdb

程序中除了一目了然的Bug之外都需要一定的调试手段来分析到底错在哪。到目前为止我们的调试手段只有一种：根据程序执行时的出错现象假设错误原因，然后在代码中适当的为止插入printf，执行程序并分析打印结果，如果结果和预期的一样，就基本上证明了自己假设的错误原因，就可以动手修正Bug了，如果结果和预期的不一样，就根据结果做进一步的假设和分析。调试工具gdb的基本思想仍然是“分析现象->假设错误原因->产生新的现象去验证假设”。

1.单步执行和跟踪函数调用

在编译时要加上-g选项，生成的可执行文件才能用gdb进行调试：

-g选项的作用是在可执行文件中加入源代码的信息，比如可执行文件中第几条机器指令对应源代码的第几行，但并不是把整个源文件嵌入到可执行文件中，所以在调试时必须保证gdb能找到源文件。gdb提供一个类似shell的命令行环境，上面的(gdb)就是提示符，在这个提示符下输入help可以查看命令的类别，可以进一步查看某一类别中有哪些命令，例如查看files类别下有哪些命令可以用：

现在试试用list命令从第一行开始列出源代码：

一次只列10行，如果要从11行开始继续列源代码可以输入

也可以什么都不输直接敲回车，gdb提供了一个很方便的功能，在提示符下直接敲回车表示用适当的参数重复上一条命令。gdb的很多常用命令有简写形式，例如list命令可以写成l，要列一个函数的源代码也可以用函数名做参数：

现在退出gdb的环境：

现在把源代码改名或移到别处再用gdb调试，就列不出源代码了：

可见gcc的-g选项并不是把源代码嵌入到可执行文件中的，在调试时也需要源文件。现在把源代码恢复原样，我们继续调试。首先用start命令开始执行程序：

这表示停在main函数中变量定义之后的第一条语句处等待我们发命令，gdb列出这条语句表示它还没执行，并且马上要执行。我们可以用next命令(简写为n)控制这些语句一条一条地执行：

用n命令依次执行两行赋值语句和一行打印语句，在执行打印语句时结果立刻打出来了，然后停留在return语句之前等待我们发命令。虽然我们完全控制了程序的执行，但仍然看不出哪里错了，因为错误不在main函数而在add_range函数，现在用start命令重新来过，这次用step命令(简写为s)进入函数中去执行：

这次停在了函数中变量定义之后的第一条语句处。在函数中有几种查看状态的办法，backtrace命令(简写为bt)可以查看函数调用的栈帧：

可见当前的add_range函数是被main函数调用的，main传进来的参数是low=1，high=10。main函数的栈帧编号为1，add_range的栈帧编号为0。现在可以用info命令(简写为i)查看add_range局部变量的值：

如果想查看main函数当前局部变量的值也可以做到，先用frame命令(简写为f)选择1号栈帧后再查看局部变量：

注意到result数组中有很多元素具有杂乱无章的值，我们知道，未经初始化的局部变量具有不确定的值。到目前为止一切正常。用s或n往下走几步，然后用print命令(简写为p)打出变量sum的值：

第一次循环i是1，第二次循环i是2，加起来是3，没错。这里的$1表示gdb保存着这些中间结果，$后面的编号会自动增长，在命令中可以用$1、$2、$3等编号代替相应的值。由于我们本来就知道第一次调用的结果是正确的，再往下跟也没意义了，可以用finish命令让程序一直运行到从当前函数返回为止：

返回值是55，当前正准备执行赋值操作，用s命令赋值，然后查看result数组：

第一个值55确实赋给了result数组的第0个元素。下面用s命令进入第二次add_range掉用，进入之后首先查看参数和局部变量：

由于局部变量i和sum没初始化，所以具有不确定的值，又由于两次调用是挨着的，i和sum正好取了上次调用时的值。i的初值不是0倒没关系，在for循环中会赋值为0的，但sum如果初值不是0，累加得到的结果就错了。好了，我们已经找到错误原因，可以退出gdb修改源代码了。如果我们不想浪费这一次调试机会，可以在gdb中马上把sum的初值改为0继续运行，看看这一处改了之后还有没有别的Bug：

这样结果就对了。修改变量的值除了用set命令之外也可以用print命令，因为print命令后面跟的是表达式，而我们知道赋值和函数调用也都是表达式，所以还可以用print来修改变量的值，或者调用函数：

printf的返回值表示实际打印的字符数，所以$6的结果是13。

前面用到的gdb的基本命令：

2.断点

断点调试实例：

这个程序的作用是：首先从键盘读入一串数字存到字符数组input中，然后转换成整型存到sum中，然后打印出来，一直这样循环下去。scanf(“%s”, input);这个调用功能是等待用户输入一个字符串并回车，scanf把其中第一段非空白(非空格、Tab、换行)的字符串放到input数组中，并自动在末尾添加‘\0’。接下来的循环从左到右扫描字符串并把每个数字累加到结果中，例如输入是“2345”，则循环累加的过程是(((0*10+2)*10+3)*10+4)*10+5=2345。注意字符型的‘2’要减去‘0’的ASCII码才能转换成整数值的2，‘0’的ASCII码是48，而‘\0’的ASCII码是0，二者是不相同的。下面运行程序看问题：

又是这种现象，第一次是对的，第二次不对。而这个程序我们赋了初值，下面调试：

可见，如果变量要赋初值，start不会跳过变量定义语句。

用display命令使得每次停下来的时候都显示当前sum值，然后继续往下走：

用undisplay可以取消对先前设置的那些变量的跟踪。这个循环应该是没有问题的，因为第一次的结果正确。如果不想一步一步走这个循环，可以用break命令(简写为b)在第9行设一个断点(Breakpoint)：

break命令的参数也可以是函数名，表示在某一个函数开头设断点。现在用continue命令(简写为c)连续运行而非单步运行，程序到达断点会自动停下来，这样就可以停在下一次循环的开头：

然后输入新的字符串准备转换：

问题暴露出来了，新的转换应该再次从0开始累加，而sum现在已经是123了，原因在于新的循环没有把sum归零。可见断点有助于快速跳过与问题无关的代码，然后在有问题的代码上慢慢走慢慢分析，“断点加单步”是使用调试器的基本方法。至于应该在哪里设置断点，怎么知道哪些代码可以跳过而哪些代码要慢慢走，也要通过对错误现象的分析和假设来确定，就像以前分析确定在哪里插入printf语句一样。一次调试可以设置多个断点，用info命令可以查看已经设置的断点：