用 GDB 调试程序（1）

用 GDB 调试程序

GDB 概述
————

GDB 是 GNU 组织的一个强大的 UNIX 下的程序调试工具。或许，各位比较喜欢那种图形界面方式的，像 VC 、 BCB 等 IDE 的调试，但如果你是在 UNIX 平台下做软件，你会发现 GDB 这个调试工具有比 VC 、 BCB 的图形化调试器更强大的功能。所谓 “ 寸有所长，尺有所短 ” 就是这个道理。

一般来说， 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。

从上面看来， GDB 和一般的调试工具没有什么两样，基本上也是完成这些功能，不过在细节上，你会发现 GDB 这个调试工具的强大，大家可能比较习惯了图形化的调试工具，但有时候，命令行的调试工具却有着图形化工具所不能完成的功能。让我们一一看来。

一个调试示例
——————

源程序： tst.c

     1 #include
     2
     3 int func(int n)
     4 {
     5         int sum=0,i;
     6         for(i=0; i     7         {
     8                 sum+=i;
     9         }
    10         return sum;
    11 }
    12
    13
    14 main()
    15 {
    16         int i;
    17         long result = 0;
    18         for(i=1; i<=100; i++)
    19         {
    20                 result += i;
    21         }
    22
    23        printf("result[1-100] = %d \n", result );
    24        printf("result[1-250] = %d \n", func(250) );
    25 }

编译生成执行文件：（ 下）
    hchen/test> cc -g tst.c -o tst

使用 GDB 调试：

hchen/test> gdb tst  <---------- 启动 GDB
GNU gdb 5.1.1
Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i386-suse-linux"...
(gdb) l     <-------------------- l 命令相当于 list ，从第一行开始例出原码。
1        #include
2
3        int func(int n)
4        {
5                int sum=0,i;
6                for(i=0; i7                {
8                        sum+=i;
9                }
10               return sum;
(gdb)       <-------------------- 直接回车表示，重复上一次命令
11       }
12
13
14       main()
15       {
16               int i;
17               long result = 0;
18               for(i=1; i<=100; i++)
19               {
20                       result += i;   
(gdb) break 16    <-------------------- 设置断点，在源程序第 16 行处。
Breakpoint 1 at 0x8048496: file tst.c, line 16.
(gdb) break func  <-------------------- 设置断点，在函数 func() 入口处。
Breakpoint 2 at 0x8048456: file tst.c, line 5.
(gdb) info break  <-------------------- 查看断点信息。
Num Type           Disp Enb Address    What
1   breakpoint     keep y   0x08048496 in main at tst.c:16
2   breakpoint     keep y   0x08048456 in func at tst.c:5
(gdb) r           <--------------------- 运行程序， run 命令简写
Starting program: /home/hchen/test/tst

Breakpoint 1, main () at tst.c:17    <---------- 在断点处停住。
17               long result = 0;
(gdb) n          <--------------------- 单条语句执行， next 命令简写。
18               for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) n
20                       result += i;
(gdb) n
18               for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) n
20                       result += i;
(gdb) c          <--------------------- 继续运行程序， continue 命令简写。
Continuing.
result[1-100] = 5050       <---------- 程序输出。

Breakpoint 2, func (n=250) at tst.c:5
5                int sum=0,i;
(gdb) n
6                for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p i        <--------------------- 打印变量 i 的值， print 命令简写。
$1 = 134513808
(gdb) n
8                        sum+=i;
(gdb) n
6                for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p sum
$2 = 1
(gdb) n
8                        sum+=i;
(gdb) p i
$3 = 2
(gdb) n
6                for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p sum
$4 = 3
(gdb) bt        <--------------------- 查看函数堆栈。
#0  func (n=250) at tst.c:5
#1  0x080484e4 in main () at tst.c:24
#2  0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6
(gdb) finish    <--------------------- 退出函数。
Run till exit from #0  func (n=250) at tst.c:5
0x080484e4 in main () at tst.c:24
24              printf("result[1-250] = %d \n", func(250) );
Value returned is $6 = 31375
(gdb) c     <--------------------- 继续运行。
Continuing.
result[1-250] = 31375    <---------- 程序输出。

Program exited with code 027. <-------- 程序退出，调试结束。
(gdb) q     <--------------------- 退出 gdb 。
hchen/test>

好了，有了以上的感性认识，还是让我们来系统地认识一下 gdb 吧。

 

使用 GDB
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一般来说 GDB 主要调试的是 C/C++ 的程序。要调试 C/C++ 的程序，首先在编译时，我们必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器（ cc/gcc/g++ ）的 -g 参数可以做到这一点。如：

    > cc -g hello.c -o hello
    > g++ -g hello.cpp -o hello

如果没有 -g ，你将看不见程序的函数名、变量名，所代替的全是运行时的内存地址。当你用 -g 把调试信息加入之后，并成功编译目标代码以后，让我们来看看如何用 gdb 来调试他。

启动 GDB 的方法有以下几种：

    1 、 gdb
       program 也就是你的执行文件，一般在当然目录下。

    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
       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。我在下面只例举一些比较常用的参数：

    -symbols
    -s
    从指定文件中读取符号表。

    -se file
    从指定文件中读取符号表信息，并把他用在可执行文件中。

    -core
    -c
    调试时 core dump 的 core 文件。

    -directory
    -d
    加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中 PATH 所定义的路径。

GDB 的命令概貌
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启动 gdb 后，就你被带入 gdb 的调试环境中，就可以使用 gdb 的命令开始调试程序了， gdb 的命令可以使用 help 命令来查看，如下所示：

    /home/hchen> gdb
    GNU gdb 5.1.1
    Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc.
    GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
    welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
    Type "show copying" to see the conditions.
    There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details.
    This GDB was configured as "i386-suse-linux".
    (gdb) help
    List of classes of commands:

    aliases -- Aliases of other commands
    breakpoints -- Making program stop at certain points
    data -- Examining data
    files -- Specifying and examining files
    internals -- Maintenance commands
    obscure -- Obscure features
    running -- Running the program
    stack -- Examining the stack
    status -- Status inquiries
    support -- Support facilities
    tracepoints -- Tracing of program execution without stopping the program
    user-defined -- User-defined commands

    Type "help" followed by a class name for a list of commands in that class.
    Type "help" followed by command name for full documentation.
    Command name abbreviations are allowed if unambiguous.
    (gdb)

gdb 的命令很多， gdb 把之分成许多个种类。 help 命令只是例出 gdb 的命令种类，如果要看种类中的命令，可以使用 help 命令，如： help breakpoints ，查看设置断点的所有命令。也可以直接 help 来查看命令的帮助。

gdb 中，输入命令时，可以不用打全命令，只用打命令的前几个字符就可以了，当然，命令的前几个字符应该要标志着一个唯一的命令，在 Linux 下，你可以敲击两次 TAB 键来补齐命令的全称，如果有重复的，那么 gdb 会把其例出来。
   
    示例一：在进入函数 func 时，设置一个断点。可以敲入 break func ，或是直接就是 b func
    (gdb) b func
    Breakpoint 1 at 0x8048458: file hello.c, line 10.
 
    示例二：敲入 b 按两次 TAB 键，你会看到所有 b 打头的命令：
    (gdb) b
    backtrace  break      bt
    (gdb)

    示例三：只记得函数的前缀，可以这样：
    (gdb) b make_ < 按 TAB 键 >
    （再按下一次 TAB 键，你会看到 : ）
    make_a_section_from_file     make_environ
    make_abs_section             make_function_type
    make_blockvector             make_pointer_type
    make_cleanup                 make_reference_type
    make_command                 make_symbol_completion_list
    (gdb) b make_
    GDB 把所有 make 开头的函数全部例出来给你查看。

    示例四：调试 C++ 的程序时，有可以函数名一样。如：
    (gdb) b 'bubble( M-?
    bubble(double,double)    bubble(int,int)
    (gdb) b 'bubble(
    你可以查看到 C++ 中的所有的重载函数及参数。（注： M-? 和 “ 按两次 TAB 键 ” 是一个意思）

要退出 gdb 时，只用发 quit 或命令简称 q 就行了。

 

GDB 中运行 UNIX 的 shell 程序
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在 gdb 环境中，你可以执行 UNIX 的 shell 的命令，使用 gdb 的 shell 命令来完成：

    shell
    调用 UNIX 的 shell 来执行 ，环境变量 SHELL 中定义的 UNIX 的 shell 将会被用来执行 ，如果 SHELL 没有定义，那就使用 UNIX 的标准 shell ： /bin/sh 。（在 中使用 Command.com 或 cmd.exe ）

还有一个 gdb 命令是 make ：
    make
    可以在 gdb 中执行 make 命令来重新 build 自己的程序。这个命令等价于 “ shell make ” 。

在 GDB 中运行程序
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当以 gdb 方式启动 gdb 后， gdb 会在 PATH 路径和当前目录中搜索 的源文件。如要确认 gdb 是否读到源文件，可使用 l 或 list 命令，看看 gdb 是否能列出源代码。

在 gdb 中，运行程序使用 r 或是 run 命令。程序的运行，你有可能需要设置下面四方面的事。

1 、程序运行参数。
    set args 可指定运行时参数。（如： set args 10 20 30 40 50 ）
    show args 命令可以查看设置好的运行参数。

2 、运行环境。
    path

可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。

3 、工作目录。
    cd

相当于 shell 的 cd 命令。
    pwd 显示当前的所在目录。

4 、程序的输入输出。
    info terminal 显示你程序用到的终端的模式。
    使用重定向控制程序输出。如： run > outfile
    tty 命令可以指写输入输出的终端设备。如： tty /dev/ttyb

调试已运行的程序
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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。

 

暂停 / 恢复程序运行
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调试程序中，暂停程序运行是必须的， GDB 可以方便地暂停程序的运行。你可以设置程序的在哪行停住，在什么条件下停住，在收到什么信号时停往等等。以便于你查看运行时的变量，以及运行时的流程。

当进程被 gdb 停住时，你可以使用 info program 来查看程序的是否在运行，进程号，被暂停的原因。

在 gdb 中，我们可以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 ）。如果要恢复程序运行，可以使用 c 或是 continue 命令。

一、设置断点（ BreakPoint ）
   
    我们用 break 命令来设置断点。正面有几点设置断点的方法：
   
    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。

    查看断点时，可使用 info 命令，如下所示：（注： n 表示断点号）
    info breakpoints [n]
    info break [n]
   

二、设置观察点（ WatchPoint ）
   
    观察点一般来观察某个表达式（变量也是一种表达式）的值是否有变化了，如果有变化，马上停住程序。我们有下面的几种方法来设置观察点：
   
    watch
        为表达式（变量） expr 设置一个观察点。一量表达式值有变化时，马上停住程序。
       
    rwatch
        当表达式（变量） expr 被读时，停住程序。
       
    awatch
        当表达式（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。

三、设置捕捉点（ CatchPoint ）

    你可设置捕捉点来补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。设置捕捉点的格式为：
   
    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。

四、维护停止点

上面说了如何设置程序的停止点， GDB 中的停止点也就是上述的三类。在 GDB 中，如果你觉得已定义好的停止点没有用了，你可以使用 delete 、 clear 、 disable 、 enable 这几个命令来进行维护。

    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。

 

五、停止条件维护

前面在说到设置断点时，我们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，我想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。

还有一个比较特殊的维护命令 ignore ，你可以指定程序运行时，忽略停止条件几次。

    ignore
        表示忽略断点号为 bnum 的停止条件 count 次。

 

六、为停止点设定运行命令

我们可以使用 GDB 提供的 command 命令来设置停止点的运行命令。也就是说，当运行的程序在被停止住时，我们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。

    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。

七、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。当然，你可以使用 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。

八、恢复程序运行和单步调试

当程序被停住了，你可以用 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，如果有函数调用，他会进入该函数。进入函数的前提是，此函数被编译有 debug 信息。很像 VC 等工具中的 step in 。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
        同样单步跟踪，如果有函数调用，他不会进入该函数。很像 VC 等工具中的 step over 。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
        当你厌倦了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）

九、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，都支持许多信号。尤其是 UNIX ，比较重要一般都会处理信号。 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。

GDB 有能力在你调试程序的时候处理任何一种信号，你可以告诉 GDB 需要处理哪一种信号。你可以要求 GDB 收到你所指定的信号时，马上停住正在运行的程序，以供你进行调试。你可以用 GDB 的 handle 命令来完成这一功能。

    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，可以用定义一个要处理信号的范围（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，运行程序马上会被 GDB 停住，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，但会打出消息告诉你收到这种信号。
        stop
            当被调试的程序收到信号时， GDB 会停住你的程序。
        print
            当被调试的程序收到信号时， GDB 会显示出一条信息。
        noprint
            当被调试的程序收到信号时， GDB 不会告诉你收到信号的信息。
        pass
        noignore
            当被调试的程序收到信号时， GDB 不处理信号。这表示， GDB 会把这个信号交给被调试程序会处理。
        nopass
        ignore
            当被调试的程序收到信号时， GDB 不会让被调试程序来处理这个信号。

    info signals
    info handle
        查看有哪些信号在被 GDB 检测中。