GDB调试程序7--查看运行时数据

查看运行时数据

    在你调试程序时，当程序被停住时，你可以使用print命令（简写命令为p），或是同义命令inspect来查看当前程序的运行数据。print命令的格式是：

    print
    print /
        是表达式，是你所调试的程序的语言的表达式（GDB可以调试多种编程语言），是输出的格式，比如，如果要把表达式按16进制的格式输出，那么就是/x。

一、表达式

    print和许多GDB的命令一样，可以接受一个表达式，GDB会根据当前的程序运行的数据来计算这个表达式，既然是表达式，那么就可以是当前程序运行中的const常量、变量、函数等内容。可惜的是GDB不能使用你在程序中所定义的宏。

    表达式的语法应该是当前所调试的语言的语法，由于C/C++是一种大众型的语言，所以，本文中的例子都是关于C/C++的。（而关于用GDB调试其它语言的章节，我将在后面介绍）

    在表达式中，有几种GDB所支持的操作符，它们可以用在任何一种语言中。

    @
        是一个和数组有关的操作符，在后面会有更详细的说明。

    ::
        指定一个在文件或是一个函数中的变量。

    {}
        表示一个指向内存地址的类型为type的一个对象。

二、程序变量

    在GDB中，你可以随时查看以下三种变量的值：
        1、全局变量（所有文件可见的）
        2、静态全局变量（当前文件可见的）
        3、局部变量（当前Scope可见的）

    如果你的局部变量和全局变量发生冲突（也就是重名），一般情况下是局部变量会隐藏全局变量，也就是说，如果一个全局变量和一个函数中的局部变量同名时，如 果当前停止点在函数中，用print显示出的变量的值会是函数中的局部变量的值。如果此时你想查看全局变量的值时，你可以使用“::”操作符：

        file::variable
    function::variable
    可以通过这种形式指定你所想查看的变量，是哪个文件中的或是哪个函数中的。例如，查看文件f2.c中的全局变量x的值：

    gdb) p 'f2.c'::x

    当然，“::”操作符会和C++中的发生冲突，GDB能自动识别“::” 是否C++的操作符，所以你不必担心在调试C++程序时会出现异常。

    另外，需要注意的是，如果你的程序编译时开启了优化选项，那么在用GDB调试被优化过的程序时，可能会发生某些变量不能访问，或是取值错误码的情况。这个 是很正常的，因为优化程序会删改你的程序，整理你程序的语句顺序，剔除一些无意义的变量等，所以在GDB调试这种程序时，运行时的指令和你所编写指令就有 不一样，也就会出现你所想象不到的结果。对付这种情况时，需要在编译程序时关闭编译优化。一般来说，几
乎所有的编译器都支持编译优化的开关，例如，GNU 的C/C++编译器GCC，你可以使用“-gstabs”选项来解决这个问题。关于编译器的参数，还请查看编译器的使用说明文档。

三、数组

    有时候，你需要查看一段连续的内存空间的值。比如数组的一段，或是动态分配的数据的大小。你可以使用GDB的“@”操作符，“@”的左边是第一个内存的地址的值，“@”的右边则你你想查看内存的长度。例如，你的程序中有这样的语句：

        int *array = (int *) malloc (len * sizeof (int));

    于是，在GDB调试过程中，你可以以如下命令显示出这个动态数组的取值：

        p *array@len

    @的左边是数组的首地址的值，也就是变量array所指向的内容，右边则是数据的长度，其保存在变量len中，其输出结果，大约是下面这个样子的：

        (gdb) p *array@len
        $1 = {2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32,34, 36, 38, 40}

    如果是静态数组的话，可以直接用print数组名，就可以显示数组中所有数据的内容了。


四、输出格式

    一般来说，GDB会根据变量的类型输出变量的值。但你也可以自定义GDB的输出的格式。例如，你想输出一个整数的十六进制，或是二进制来查看这个整型变量的中的位的情况。要做到这样，你可以使用GDB的数据显示格式：

    x  按十六进制格式显示变量。
    d  按十进制格式显示变量。
    u  按十六进制格式显示无符号整型。
    o  按八进制格式显示变量。
    t  按二进制格式显示变量。
    a  按十六进制格式显示变量。
    c  按字符格式显示变量。
    f  按浮点数格式显示变量。

        (gdb) p i
        $21 = 101

        (gdb) p/a i
        $22 = 0x65

        (gdb) p/c i
        $23 = 101 'e'

        (gdb) p/f i
        $24 = 1.41531145e-43

        (gdb) p/x i
        $25 = 0x65

        (gdb) p/t i
        $26 = 1100101

五、查看内存

    你可以使用examine命令（简写是x）来查看内存地址中的值。x命令的语法如下所示：

    x/

    n、f、u是可选的参数。

    n 是一个正整数，表示显示内存的长度，也就是说从当前地址向后显示几个地址的内容。
    f 表示显示的格式，参见上面。如果地址所指的是字符串，那么格式可以是s，如果地十是指令地址，那么格式可以是i。
    u 表示从当前地址往后请求的字节数，如果不指定的话，GDB默认是4个bytes。u参数可以用下面的字符来代替，b表示单字节，h表示双字节，w表示四字 节，g表示八字节。当我们指定了字节长度后，GDB会从指内存定的内存地址开始，读写指定字节，并把其当作一个值取出来。

    表示一个内存地址。

    n/f/u三个参数可以一起使用。例如：

    命令：x/3uh 0x54320 表示，从内存地址0x54320读取内容，h表示以双字节为一个单位，3表示三个单位，u表示按十六进制显示。

六、自动显示

    你可以设置一些自动显示的变量，当程序停住时，或是在你单步跟踪时，这些变量会自动显示。相关的GDB命令是display。

    display
    display/
    display/

    expr是一个表达式，fmt表示显示的格式，addr表示内存地址，当你用display设定好了一个或多个表达式后，只要你的程序被停下来，GDB会自动显示你所设置的这些表达式的值。

    格式i和s同样被display支持，一个非常有用的命令是：

        display/i $pc

    $pc是GDB的环境变量，表示着指令的地址，/i则表示输出格式为机器指令码，也就是汇编。于是当程序停下后，就会出现源代码和机器指令码相对应的情形，这是一个很有意思的功能。

    下面是一些和display相关的GDB命令：

    undisplay
    delete display
    删除自动显示，dnums意为所设置好了的自动显式的编号。如果要同时删除几个，编号可以用空格分隔，如果要删除一个范围内的编号，可以用减号表示（如：2-5）

    disable display
    enable display
    disable和enalbe不删除自动显示的设置，而只是让其失效和恢复。
    info display
    查看display设置的自动显示的信息。GDB会打出一张表格，向你报告当然调试中设置了多少个自动显示设置，其中包括，设置的编号，表达式，是否enable。

七、设置显示选项

    GDB中关于显示的选项比较多，这里我只例举大多数常用的选项。

    set print address
    set print address on
        打开地址输出，当程序显示函数信息时，GDB会显出函数的参数地址。系统默认为打开的，如：

        (gdb) f
        #0  set_quotes (lq=0x34c78 "<<", rq=0x34c88 ">>")
            at input.c:530
        530         if (lquote != def_lquote)

    set print address off
        关闭函数的参数地址显示，如：

        (gdb) set print addr off
        (gdb) f
        #0  set_quotes (lq="<<", rq=">>") at input.c:530
        530         if (lquote != def_lquote)

    show print address
        查看当前地址显示选项是否打开。

    set print array
    set print array on
        打开数组显示，打开后当数组显示时，每个元素占一行，如果不打开的话，每个元素则以逗号分隔。这个选项默认是关闭的。与之相关的两个命令如下，我就不再多说了。

    set print array off
    show print array

    set print elements
        这个选项主要是设置数组的，如果你的数组太大了，那么就可以指定一个来指定数据显示的最大长度，当到达这个长度时，GDB就不再往下显示了。如果设置为0，则表示不限制。

    show print elements
        查看print elements的选项信息。
    set print null-stop
        如果打开了这个选项，那么当显示字符串时，遇到结束符则停止显示。这个选项默认为off。

    set print pretty on
        如果打开printf pretty这个选项，那么当GDB显示结构体时会比较漂亮。如：

            $1 = {
              next = 0x0,
              flags = {
                sweet = 1,
                sour = 1
              },
              meat = 0x54 "Pork"
            }

    set print pretty off
        关闭printf pretty这个选项，GDB显示结构体时会如下显示：

            $1 = {next = 0x0, flags = {sweet = 1, sour = 1}, meat = 0x54
"Pork"}

    show print pretty
        查看GDB是如何显示结构体的。


    set print sevenbit-strings
        设置字符显示，是否按“\nnn”的格式显示，如果打开，则字符串或字符数据按\nnn显示，如“\065”。

    show print sevenbit-strings
        查看字符显示开关是否打开。

    set print union
        设置显示结构体时，是否显式其内的联合体数据。例如有以下数据结构：

        typedef enum {Tree, Bug} Species;
        typedef enum {Big_tree, Acorn, Seedling} Tree_forms;
        typedef enum {Caterpillar, Cocoon, Butterfly}
                      Bug_forms;

        struct thing {
          Species it;
          union {
            Tree_forms tree;
            Bug_forms bug;
          } form;
        };

        struct thing foo = {Tree, {Acorn}};

        当打开这个开关时，执行 p foo 命令后，会如下显示：
            $1 = {it = Tree, form = {tree = Acorn, bug = Cocoon}}

        当关闭这个开关时，执行 p foo 命令后，会如下显示：
            $1 = {it = Tree, form = {...}}

    show print union
        查看联合体数据的显示方式

    set print object
        在C++中，如果一个对象指针指向其派生类，如果打开这个选项，GDB会自动按照虚方法调用的规则显示输出，如果关闭这个选项的话，GDB就不管虚函数表了。这个选项默认是off。

    show print object
        查看对象选项的设置。

    set print static-members
        这个选项表示，当显示一个C++对象中的内容是，是否显示其中的静态数据成员。默认是on。

    show print static-members
        查看静态数据成员选项设置。

    set print vtbl
        当此选项打开时，GDB将用比较规整的格式来显示虚函数表时。其默认是关闭的。

    show print vtbl
        查看虚函数显示格式的选项。

八、历史记录

    当你用GDB的print查看程序运行时的数据时，你每一个print都会被GDB记录下来。GDB会以$1, $2, $3 .....这样的方式为你每一个print命令编上号。于是，你可以使用这个编号访问以前的表达式，如$1。这个功能所带来的好处是，如果你先前输入了一 个比较长的表达式，如果你还想查看这个表达式的值，你可以使用历史记录来访问，省去了重复输入。


九、GDB环境变量

    你可以在GDB的调试环境中定义自己的变量，用来保存一些调试程序中的运行数据。要定义一个GDB的变量很简单只需。使用GDB的set命令。GDB的环境变量和UNIX一样，也是以$起头。如：

    set $foo = *object_ptr

    使用环境变量时，GDB会在你第一次使用时创建这个变量，而在以后的使用中，则直接对其賦值。环境变量没有类型，你可以给环境变量定义任一的类型。包括结构体和数组。

    show convenience
        该命令查看当前所设置的所有的环境变量。

    这是一个比较强大的功能，环境变量和程序变量的交互使用，将使得程序调试更为灵活便捷。例如：

        set $i = 0
        print bar[$i++]->contents

    于是，当你就不必，print bar[0]->contents, print bar[1]->contents地输入命令了。输入这样的命令后，只用敲回车，重复执行上一条语句，环境变量会自动累加，从而完成逐个输出的功能。

十、查看寄存器

    要查看寄存器的值，很简单，可以使用如下命令：

    info registers
        查看寄存器的情况。（除了浮点寄存器）

    info all-registers
        查看所有寄存器的情况。（包括浮点寄存器）

    info registers
        查看所指定的寄存器的情况。

    寄存器中放置了程序运行时的数据，比如程序当前运行的指令地址（ip），程序的当前堆栈地址（sp）等等。你同样可以使用print命令来访问寄存器的情况，只需要在寄存器名字前加一个$符号就可以了。
如：p $eip。
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