使用GDB调试(下篇：调试应用)
在 GDB（GNU Debugger）中，有一些常用的调试命令可以帮助你在调试过程中检查程序的状态、执行程序、设置断点等。以下是一些常用的 GDB 调试命令：
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启动程序和执行控制：
run: 启动正在调试的程序。continue(c): 继续执行程序，直到遇到下一个断点或者程序结束。next(n): 执行程序的下一行，但是如果有函数调用，则会一次性执行完函数内部所有语句。step(s): 执行程序的下一行，如果是函数调用，则进入函数内部。finish: 执行完当前函数的剩余部分，并返回到调用该函数的地方。
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断点：
break(b)<line>: 在指定行设置断点。break<function>: 在指定函数设置断点。delete<breakpoint number>: 删除指定编号的断点。clear<line>: 清除指定行的断点。info breakpoints: 显示当前所有断点的信息。
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查看变量和表达式：
print(p)<variable>: 打印变量的值。display<expression>: 持续打印表达式的值，每次停止时都会显示。info locals: 显示当前作用域内的所有局部变量。info args: 显示当前函数的参数列表和值。info breakpoints: 显示当前所有断点的信息。
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堆栈和调用信息：
backtrace(bt): 显示当前的函数调用堆栈。frame(f)<number>: 切换到指定堆栈帧。up(u): 在堆栈中向上移动一帧。down(d): 在堆栈中向下移动一帧。
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控制程序执行：
kill: 终止正在调试的程序。quit(q): 退出 GDB 调试器。
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设置和配置：
set<variable><value>: 设置 GDB 的变量或选项。show<variable>: 显示当前设置的变量或选项。
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其他常用命令：
help(h): 显示 GDB 帮助信息，可以查看特定命令的用法。info<info-type>: 显示关于程序状态的特定信息，如info breakpoints、info registers等。
这些命令覆盖了常见的调试需求，可以帮助你在 GDB 中有效地分析和调试程序
当涉及更复杂的调试场景或者需要更精细控制的时候，GDB 提供了一些高级的操作指令，可以帮助进一步深入调试程序。以下是一些高级操作指令的示例：
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条件断点：
break<location>if<condition>: 在满足特定条件时设置断点。例如：Copy Code(gdb) break main if argc > 1main函数入口处，且argc大于 1 时设置断点。
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观察点（Watchpoints）：
watch<expression>: 设置当表达式的值发生变化时停止程序执行的观察点。例如：Copy Code(gdb) watch xx的值发生变化时停止程序执行。
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信号处理：
handle<signal><action>: 指定 GDB 如何处理特定信号。例如：Copy Code(gdb) handle SIGINT nostopSIGINT信号（如 Ctrl+C）时不暂停程序执行。
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改变程序状态：
set variable<variable><value>: 修改程序中的变量的值。例如：Copy Code(gdb) set variable x = 10x的值设置为 10。
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查看寄存器：
info registers: 显示当前所有寄存器的值。print $register: 打印特定寄存器的值，如$eax,$ebx等。
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线程和并发调试：
info threads: 显示当前所有线程的信息。thread <thread-id>: 切换到指定的线程。thread apply<thread-id-list><command>: 对指定的多个线程执行相同的 GDB 命令。
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反汇编和内存查看：
disassemble<function>: 反汇编指定函数的代码。x/<n><format><address/expression>: 以特定格式查看内存内容。例如：Copy Code(gdb) x/4xw &variablevariable的内存内容。
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宏和脚本：
define/end: 定义和执行简单的 GDB 宏。例如：Copy Code(gdb) define printargs > info args > endprintargs宏，执行时会显示当前函数的参数。
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远程调试：
target remote<hostname:port>: 连接到远程调试目标。
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Python 脚本支持：
- GDB 支持 Python 扩展，可以编写更复杂的脚本来增强调试功能。
这些高级操作指令可以帮助你更精确地控制和分析程序的执行过程，在处理复杂调试任务时尤其有用。随着对 GDB 更深入的了解和经验积累，你可以根据具体的调试需求利用这些功能来更有效地解决问题。
当进行基本的 GDB 调试时，我们可以以一个简单的 C 语言程序为例来演示。假设我们有以下的 C 程序 example.c：
#include <stdio.h>
int main() {
int a = 5;
int b = 10;
int sum = a + b;
printf("Sum of %d and %d is %d\n", a, b, sum);
return 0;
}
现在，我们将使用 GDB 来调试这个程序，跟踪变量的值，设置断点并执行。
- 编译程序并加入调试信息
首先，我们需要用 -g 选项来编译程序，以便生成调试信息。在命令行中执行：
gcc -g -o example example.c
这将生成可执行文件 example，其中包含了调试信息。
- 启动 GDB 并加载程序
现在，我们可以启动 GDB 并加载刚刚编译的 example 程序：
gdb ./example
- 在 GDB 中进行基本调试
现在我们进入了 GDB 的交互界面。接下来是一些基本的 GDB 操作：
- 查看源代码
使用 list 命令查看当前位置附近的源代码：
(gdb) list
1 #include <stdio.h>
2
3 int main() {
4 int a = 5;
5 int b = 10;
6 int sum = a + b;
7
8 printf("Sum of %d and %d is %d\n", a, b, sum);
9
10 return 0;
- 设置断点
在 main 函数的某行上设置一个断点，例如在第 6 行：
(gdb) break 6
Breakpoint 1 at 0x1189: file example.c, line 6.
- 运行程序
运行程序，GDB 将在设置的断点处停止：
(gdb) run
Starting program: /path/to/example
Breakpoint 1, main () at example.c:6
6 int sum = a + b;
- 查看变量的值
在程序暂停时，我们可以查看变量 a、b 和 sum 的值：
(gdb) print a
$1 = 5
(gdb) print b
$2 = 10
(gdb) print sum
$3 = 15
- 单步执行
使用 next 命令进行单步执行，逐行查看程序的运行：
(gdb) next
7 printf("Sum of %d and %d is %d\n", a, b, sum);
(gdb) next
Sum of 5 and 10 is 15
8
- 继续执行
继续执行程序直到结束：
(gdb) continue
Continuing.
[Inferior 1 (process 1234) exited normally]
这就完成了基本的 GDB 调试过程。通过以上步骤，你可以学习如何在 GDB 中设置断点、查看变量、单步执行程序以及继续执行程序。这些是进行程序调试时常用的基本操作。
当需要进行更高级的 GDB 调试时，可能涉及到更复杂的程序结构、多线程、动态内存分配等情况。下面我将示例一个稍复杂的程序，并展示如何利用 GDB 的高级功能进行调试。
假设我们有以下的 C 程序 advanced_example.c，它包含了多线程和动态内存分配：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#define NUM_THREADS 3
struct ThreadData {
int thread_id;
double *array;
int array_size;
};
void *thread_func(void *data) {
struct ThreadData *my_data = (struct ThreadData *)data;
int id = my_data->thread_id;
double *array = my_data->array;
int size = my_data->array_size;
for (int i = 0; i < size; ++i) {
array[i] = id * 0.5 * i;
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
struct ThreadData thread_data[NUM_THREADS];
double *arrays[NUM_THREADS];
// Create arrays dynamically
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
arrays[i] = (double *)malloc(100 * sizeof(double));
}
// Launch threads
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
thread_data[i].thread_id = i;
thread_data[i].array = arrays[i];
thread_data[i].array_size = 100;
pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, (void *)&thread_data[i]);
}
// Wait for threads to complete
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
// Free allocated memory
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
free(arrays[i]);
}
return 0;
}
高级 GDB 调试功能示例
- 编译程序并加入调试信息
与之前相同，使用 -g 选项编译程序：
gcc -g -o advanced_example advanced_example.c -pthread
- 启动 GDB 并加载程序
gdb ./advanced_example
- 设置断点和观察多线程
- 设置断点 在
main函数的某行设置断点，例如：
(gdb) break 39
- 启动程序
(gdb) run
- 查看线程信息
在程序执行过程中，可以使用 info threads 命令查看当前的线程信息：
(gdb) info threads
Id Target Id Frame
* 1 Thread 0x7ffff7fb9740 (LWP 18272) "advanced_example" 0x0000000000400d49 in main () at advanced_example.c:39
2 Thread 0x7ffff779a740 (LWP 18273) "advanced_example" thread_func (data=0x7fffffffdea0) at advanced_example.c:19
3 Thread 0x7ffff6f99740 (LWP 18274) "advanced_example" thread_func (data=0x7fffffffdea0) at advanced_example.c:19
这里显示了三个线程的信息，包括线程 ID 和当前位置。
- 切换线程
可以使用 thread <id> 命令切换到不同的线程进行调试：
(gdb) thread 2
[Switching to thread 2 (Thread 0x7ffff779a740 (LWP 18273))]
#0 thread_func (data=0x7fffffffdea0) at advanced_example.c:19
19 for (int i = 0; i < size; ++i) {
现在可以查看当前线程的堆栈信息和变量值。
- 动态内存分配的调试
- 观察动态内存
在 GDB 中可以使用 print 命令查看动态分配的内存地址和内容：
(gdb) print arrays[0]
$1 = (double *) 0x602010
(gdb) print *arrays[0]
$2 = {0, 0, 1, 1.5, ......}
这样可以检查动态分配数组的内容和内存地址。
- 其他高级功能
- 使用条件断点 在特定条件下触发断点。
- 监视点和表达式 使用
watch命令监视变量，或者使用display命令在每次停止时显示表达式的值。 - 调试优化 使用 GDB 的
-Og选项进行与优化代码的调试。
通过这些高级功能，你可以更有效地调试复杂的程序，包括多线程、动态内存分配和复杂的数据结构。每个功能都能帮助你深入理解程序的运行状态和代码执行路径。
