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分类: C/C++

2009-07-27 19:56:27

GDB学习笔记
GDB(GNU Debugger)是GCC的调试工具。其功能强大,现描述如下:
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。

如果不打开-g或者-ggdb(GDB专用)调试开关,GCC编译时不会加入调试信息,因为这会增大生成代码的体积。GCC采用了分级调试,通过在-g选项后附加数字1、2或3来指定在代码中加入调试信息量。默认的级别是2(-g2),此时调试信息包括扩展的符号表、行号、局部或外部变量信息。级别3(- g3)包含级别2中的调试信息和源代码中定义的宏。级别1(-g1)不包含局部变量和与行号有关的调试信息,只能用于回溯跟踪和堆栈转储之用。[ 回溯跟踪指的是监视程序在运行过程中的函数调用历史,堆栈转储则是一种以原始的十六进制格式保存程序执行环境的方法,两者都是经常用到的调试手段。] 。
    例如编译foo.c时生成有调试信息的执行文件:
        $ gcc –g –o foo foo.c
    然后我们就可以使用GDB来跟踪了。GDB使用方法如下:
   
1.     GDB的启动:
1、     gdb
program也就是你的执行文件,一般在当前目录下。
2、     gdb 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 <进程ID>
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。下面先说几条常用的命令:
直接按下回车表示上一条命令
break 设置断点,
break 10 设置断点,在源程序第10行
break func 设置断点,在func函数入口处
info break 查看断点信息
              run 运行程序,可简写为r
next 单步跟踪,函数调用当作一条简单语句执行,可简写为n
step 单步跟踪,函数调进入被调用函数体内,可简写为s
stepi 或 si单步跟踪一条机器指令
nexti 或 ni单步跟踪一条机器指令
continue 继续运行程序,可简写为 c
print 打印变量、字符串、表达式等的值,可简写为p
    p count 打印count的值
    p cou1+cou2+cou3 打印表达式值
bt 查看函数堆栈
finish 退出函数
quit 退出GDB
shell 不退出GDB就使用shell命令
make 不退出GDB就重新编译程序
set args指定运行时参数。(如:set args 10 20 30 40 50)
show args查看设置好的运行参数。
path 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。
cd 相当于shell的cd命令。
pwd 显示当前的所在目录。
info terminal 显示程序用到的终端模式。
tty指写输入输出的终端设备。如:tty /dev/ttyb
until在一个循环体内单步跟踪时,该命令运行程序到退出循环体。简写u

2.     调试已运行的程序
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 PID格式挂接正在运行的程序。
2、     先用gdb 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。
3.     暂停 / 恢复程序运行
GDB可以方便地设置程序在哪行停住,在什么条件下停住,在收到什么信号时停往等等。以便于查看运行时的变量,以及运行时的流程。
当进程被gdb停住时使用info program 来查看程序的是否在运行,进程号,被暂停的原因。
GDB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)。要恢复程序运行,使用continue(简写c)命令。详细介绍如下:

1).     设置断点(BreakPoint)
  用break命令来设置断点。设置断点的方法如下:

  break
在进入指定函数时停住。C++中可以使用class::function或function(type,type)格式来指定函数名。
  break
    在指定行号停住。
  break +offset
  break -offset
    在当前行号的前面或后面的offset行停住。offiset为自然数。
  break filename:linenum
    在源文件filename的linenum行处停住。
  break filename:function
    在源文件filename的function函数的入口处停住。
  break *address
    在程序运行的内存地址处停住。
  break
    break命令没有参数时,表示在下一条指令处停住。
  break ... if
...可以是上述的参数,condition表示条件,在条件成立时停住。比如在循环境体中,可以设置break if i=100,表示当i为100时停住程序。
查看断点使用info命令,如下所示:(注:n表示断点号)
  info breakpoints [n]
  info break [n]

    2).     设置观察点(WatchPoint)
观察点一般用来观察某个表达式(变量也是一种表达式)的值是否发生了变化,如果有变化,马上停住程序。设置观察点方法如下:
             
watch
为表达式(变量)expr设置一个观察点。当表达式值有变化时,马上停住程序。
rwatch
表达式(变量)expr被读时,停住程序。
awatch
表达式(变量)的值被读或被写时,停住程序。
info watchpoints
列出当前所设置了的所有观察点。

    3).     设置捕捉点(CatchPoint)
设置捕捉点来捕捉程序运行时的一些事件。如:载入共享库(动态链接库)或是C++的异常。设置捕捉点的格式如下:
             
catch
当event发生时,停住程序。event可以是下面的内容:
1、throw 一个C++抛出的异常。(throw为关键字)
2、catch 一个C++捕捉到的异常。(catch为关键字)
3、exec 调用系统调用exec时。(exec为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
4、fork 调用系统调用fork时。(fork为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
5、vfork 调用系统调用vfork时。(vfork为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
6、load 或 load 载入共享库(动态链接库)时。(load为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
7、unload 或 unload 卸载共享库(动态链接库)时。(unload为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
tcatch
只设置一次捕捉点,当程序停住以后,应点被自动删除。
    4).     维护停止点
GDB中的停止点只有上述的三类。当已定义好的停止点没有用时可以使用
delete、clear、disable、enable这几个命令来进行维护。详细如下:
clear
清除所有的已定义的停止点。
clear
clear
清除所有设置在函数上的停止点。
clear
clear
清除所有设置在指定行上的停止点。
delete [breakpoints] [range...]
删除指定的断点,breakpoints为断点号。如果不指定断点号,则表示删除所有的断点。range 表示断点号的范围(如:3-7)。其简写命令为d。比删除更好的一种方法是disable停止点,disable了的停止点,GDB不会删除,当你还需要时,enable即可,就好像回收站一样。
disable [breakpoints] [range...]
disable所指定的停止点,breakpoints为停止点号。如果什么都不指定,表示disable所有的停止点。简写命令是dis.
enable [breakpoints] [range...]
enable所指定的停止点,breakpoints为停止点号。
enable [breakpoints] once range...
enable所指定的停止点一次,当程序停止后,该停止点马上被GDB自动disable。
enable [breakpoints] delete range...
enable所指定的停止点一次,当程序停止后,该停止点马上被GDB自动删除。
   
5).     停止条件维护
前面在说到设置断点时,提到过可以设置一个条件,当条件成立时,程序自动停止,这是一个非常强大的功能,这里专门说说这个条件的相关维护命令。一般来说,为断点设置一个条件,我们使用if关键词,后面跟其断点条件。并且,条件设置好后,我们可以用condition命令来修改断点的条件。(只有break和 watch命令支持if,catch目前暂不支持if)
             
condition
修改断点号为bnum的停止条件为expression。
condition
清除断点号为bnum的停止条件。
ignore
指定程序运行时,忽略断点号为bnum的停止条件count次。

    6).     为停止点设定运行命令
GDB提供command命令来设置停止点的运行命令。也就是说,当运行的程序被停止住时,可以让其自动运行一些别的命令,这很有利行自动化调试。对基于GDB的自动化调试是一个强大的支持。详细如下:
             
commands [bnum]
... command-list ...
end
为断点号bnum指写一个命令列表。当程序被该断点停住时,gdb会依次运行命令列表中的命令。
             
例如:
break foo if x>0
commands
printf "x is %d\n",x
continue
end
断点设置在函数foo中,断点条件是x>0,如果程序被断住后,也就是,一旦x的值在foo函数中大于0,GDB会自动打印出x的值,并继续运行程序。
             
如果你要清除断点上的命令序列,那么只要简单的执行一下commands命令,并直接在打个end就行了。
   7).     断点菜单
在C ++中,可能会重复出现同一个名字的函数若干次(函数重载),在这种情况下,break 不能告诉GDB要停在哪个函数的入口。这时可以使用break 也就是把函数的参数类型告诉GDB,以指定一个函数。否则的话,GDB会给你列出一个断点菜单供你选择你所需要的断点。你只要输入你菜单列表中的编号就可以了。如:
       
(gdb) b String::after
[0] cancel
[1] all
[2] file:String.cc; line number:867
[3] file:String.cc; line number:860
[4] file:String.cc; line number:875
[5] file:String.cc; line number:853
[6] file:String.cc; line number:846
[7] file:String.cc; line number:735
> 2 4 6
Breakpoint 1 at 0xb26c: file String.cc, line 867.
Breakpoint 2 at 0xb344: file String.cc, line 875.
Breakpoint 3 at 0xafcc: file String.cc, line 846.
Multiple breakpoints were set.
Use the "delete" command to delete unwanted
breakpoints.
(gdb)
       
可见,GDB列出了所有after的重载函数,你可以选一下列表编号就行了。0表示放弃设置断点,1表示所有函数都设置断点。

8).     恢复程序运行和单步调试
程序被停住后用continue命令恢复程序的运行直到程序结束,或下一个断点到来。也可以使用step或next命令单步跟踪程序。
       
continue [ignore-count]
c [ignore-count]
fg [ignore-count]
恢复程序运行,直到程序结束,或是下一个断点到来。ignore-count表示忽略其后的断点次数。continue,c,fg三个命令都是一样的意思。
step
单步跟踪,有函数调用时进入该函数。进入函数的前提是,此函数被编译有debug信息。后面可以加count也可以不加,不加表示一条条地执行,加表示执行后面的count条指令,然后再停住。
next
单步跟踪,有函数调用不会进入该函数。后面可以加count也可以不加,不加表示一条条地执行,加表示执行后面的count条指令,然后再停住。
set step-mode
set step-mode on
打开step-mode模式,于是,在进行单步跟踪时,程序不会因为没有debug信息而不停住。这个参数有很利于查看机器码。
set step-mod off
关闭step-mode模式。
finish
运行程序,直到当前函数完成返回。并打印函数返回时的堆栈地址和返回值及参数值等信息。
until 或 u
在一个循环体内单步跟踪时,这个命令可以运行程序直到退出循环体。
stepi 或 si
nexti 或 ni
单步跟踪一条机器指令!一条程序代码有可能由数条机器指令完成,stepi和nexti可以单步执行机器指令。与之一样有相同功能的命令是“display/i $pc” ,当运行完这个命令后,单步跟踪会在打出程序代码的同时打出机器指令(也就是汇编代码)

    9).     信号(Signals)
   
信号是一种软中断,是一种处理异步事件的方法。一般来说,操作系统都支持许多信号。比较重要应用程序一般都会处理信号。UNIX定义了许多信号,比如 SIGINT表示中断字符信号,也就是Ctrl+C的信号,SIGBUS表示硬件故障的信号;SIGCHLD表示子进程状态改变信号;SIGKILL表示终止程序运行的信号,等等。信号量编程是UNIX下非常重要的一种技术。GDB调试可以处理任何一种信号,可以让GDB收到所指定的信号时,马上停住正在运行的程序。详细如下:
             
handle
在GDB 中定义一个信号处理。信号可以以SIG开头或不以SIG开头。可以定义一个需要处理信号的范围(如:SIGIO- SIGKILL,表示处理从SIGIO信号到SIGKILL的信号,其中包括SIGIO,SIGIOT,SIGKILL三个信号),也可以使用关键字 all来标明要处理所有的信号。一旦被调试的程序接收到信号,GDB会马上停止运行程序,以供调试。其可以是以下几种关键字的一个或多个:
nostop
当被调试的程序收到信号时,GDB不会停住程序的运行,但会打出消息告知收到这种信号。
stop
当被调试的程序收到信号时,GDB停住程序。
print
当被调试的程序收到信号时,GDB显示出一条信息。
noprint
当被调试的程序收到信号时,GDB不显示收到信号的信息。
pass
noignore
当被调试的程序收到信号时,GDB不处理信号但会把这个信号交给被调试程序处理。
nopass
ignore
被调试的程序收到信号时,GDB不会让被调试程序处理这个信号。
                     
info signals
info handle
查看有哪些信号在被GDB检测中。
                     
    10).     线程(Thread Stops)
对于多线程程序,GDB可以定义断点是否在所有的线程上,或是在某个特定的线程。详细如下:
             
break thread
break thread if ...
linespec 指定断点所在源程序的行号。threadno指定了线程的ID。这个ID是GDB分配的,通过“info threads”命令来查看正在运行程序中的线程信息。如果不指定thread 则表示断点设在所有线程上面。还可以为某线程指定断点条件。如:
(gdb) break frik.c:13 thread 28 if bartab > lim
             
当程序被GDB停住时,所有的运行线程都会被停住。这方便查看运行程序的总体情况。恢复程序运行时,所有的线程也会被恢复运行。那怕是主进程在被单步调试时。
                 
    11).     查看栈信息
程序被停住后需要查看程序是哪里停住的。程序调用了一个函数时函数的地址、参数和函数内的局部变量都会被压入“栈”(Stack)中。用GDB命令查看当前的栈中信息的命令如下:
             
backtrace 简洁bt
打印当前的函数调用栈的所有信息。如:
(gdb) bt
#0 func (n=250) at tst.c:6
#1 0x08048524 in main (argc=1, argv=0xbffff674) at tst.c:30
#2 0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6
             
从上可以看出函数的调用栈信息:
__libc_start_main --> main() --> func()

backtrace
bt
n是一个正整数,表示只打印栈顶上n层的栈信息。
backtrace <-n>
bt <-n>
-n表一个负整数,表示只打印栈底下n层的栈信息。
             
要查看某一层的信息需要切换当前的栈,一般来说,程序停止时,最顶层的栈就是当前栈。如果要查看栈下面层的详细信息,首先要做的是切换当前栈。
       
frame
f
n是一个从0开始的整数,是栈中的层编号。
比如:frame 0,表示栈顶,frame 1,表示栈的第二层。
up
向栈的上面移动n层,可以不打n,表示向上移动一层。
down
向栈的下面移动n层,可以不打n,表示向下移动一层。
上面的命令都会打印出移动到的栈层的信息。如果你不想让其打出信息则用这三个命令:

select-frame 对应于 frame 命令。
up-silently 对应于 up 命令。
down-silently 对应于 down 命令。
             
        查看当前栈层的信息,你可以用以下GDB命令:
frame 或 f
打印出栈的层编号,当前的函数名,函数参数值,函数所在文件及行号,函数执行到的语句。
info frame
info f
打印出更为详细的当前栈层的信息,只不过,大多数都是运行时的内地址。比如:函数地址,调用函数的地址,被调用函数的地址,目前的函数是由什么样的程序语言写成的、函数参数地址及值、局部变量的地址等等。如:
(gdb) info f
Stack level 0, frame at 0xbffff5d4:
eip = 0x804845d in func (tst.c:6); saved eip 0x8048524
called by frame at 0xbffff60c
source language c.
Arglist at 0xbffff5d4, args: n=250
Locals at 0xbffff5d4, Previous frame's sp is 0x0
Saved registers:
ebp at 0xbffff5d4, eip at 0xbffff5d8

info args
打印出当前函数的参数名及其值。
info locals
打印出当前函数中所有局部变量及其值。
info catch
打印出当前的函数中的异常处理信息。
4.      查看源程序
1、显示源代码
查看源代码的GDB命令如下:
list
显示程序第linenum行的周围的源程序。
list
显示函数名为function的函数的源程序。
list
显示当前行后面的源程序。
list -
显示当前行前面的源程序。
list ,
显示从first行到last行之间的源代码。
list ,
显示从当前行到last行之间的源代码。
list +
往后显示源代码。
一般是打印当前行的上5行和下5行,也可以定制显示的范围,命令如下:
set listsize
设置一次显示源代码的行数。
show listsize
查看当前listsize的设置。

一般来说在list后面可以跟以下这们的参数:
行号。
<+offset> 当前行号的正偏移量。
<-offset> 当前行号的负偏移量。
哪个文件的哪一行。
函数名。
哪个文件中的哪个函数。
<*address> 程序运行时的语句在内存中的地址。
    
2、搜索源代码
GDB源代码搜索命令:
forward-search
search
向前面搜索。
reverse-search
全部搜索。
其中,是正则表达式,(一个字符串的匹配模式)
    
3、指定源文件的路径
GDB指定源文件路径的命令:
directory
dir
加一个源文件路径到当前路径的前面。如果你要指定多个路径,UNIX下你可以使用“:”,Windows下你可以使用“;”。
directory
清除所有的自定义的源文件搜索路径信息。
show directories
显示定义了的源文件搜索路径。

4、源代码的内存
用info line命令来查看源代码在内存中的地址。info line后面可以跟“行号”,“函数名”,“文件名:行号”,“文件名:函数名”,这个命令会打印出所指定的源码在运行时的内存地址,如:
(gdb) info line tst.c:func
Line 5 of "tst.c" starts at address 0x8048456 and ends at 0x804845d .

命令disassemble查看源程序的当前执行时的机器码,这个命令会把目前内存中的指令dump出来。如下面的示例表示查看函数func的汇编代码。
(gdb) disassemble func
Dump of assembler code for function func:
0x8048450 : push %ebp
0x8048451 : mov %esp,%ebp
0x8048453 : sub $0x18,%esp
0x8048456 : movl $0x0,0xfffffffc(%ebp)
0x804845d : movl $0x1,0xfffffff8(%ebp)
0x8048464 : mov 0xfffffff8(%ebp),%eax
0x8048467 : cmp 0x8(%ebp),%eax
0x804846a : jle 0x8048470
0x804846c : jmp 0x8048480
0x804846e : mov %esi,%esi
0x8048470 : mov 0xfffffff8(%ebp),%eax
0x8048473 : add %eax,0xfffffffc(%ebp)
0x8048476 : incl 0xfffffff8(%ebp)
0x8048479 : jmp 0x8048464
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