【gdb】- 观察点调试

ゝ一世哀愁。 2022-05-29 20:41 23阅读 0赞

接着上一篇的步骤，经过调试我们知道，虽然sum已经赋了初值0，但仍需要在while (1)循环的开

头加上sum = 0;：

### 观察点调试实例： ###

#include <stdio.h>
    
    int main(void)
    {
    	int sum = 0, i = 0;
    	char input[5];
    	
    	while (1){
    		sum = 0; 
    		scanf("%s",input);
    		for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    			sum = sum*10 + input[i] - '0';
    		printf("input=%d\n", sum);
    	} 
    	return 0;
    }

使用scanf函数是非常凶险的，即使修正了这个Bug也还存在很多问题。如果输入的字符串超长了会怎么样？我们知道数组访问越界是不会检查的，所以scanf会写出界。现象是这样的：

[zhangsan@localhost study-c]$ gcc -Wall -g gdb3.c -o gdb3
    [zhangsan@localhost study-c]$ ./gdb3
    123
    input=123
    1234
    input=1234
    12345
    input=12345
    123456
    input=123456
    1234567
    input=1234567
    12345678
    input=1912370802

可是奇怪的是当我们输入1234567的时候，字符串也超长了呀，为什么没有错误发生呢？这个问题现在也无法搞清楚？

下面用调试器看看最后这个诡异的结果是怎么出来的：

[zhangsan@localhost study-c]$ gdb gdb3
    GNU gdb (GDB) 7.6.1
    ...
    Reading symbols from /home/zhangsan/study-c/gdb3...done.
    (gdb) start
    Temporary breakpoint 1 at 0x40053c: file gdb3.c, line 5.
    Starting program: /home/zhangsan/study-c/gdb3 
    
    Temporary breakpoint 1, main () at gdb3.c:5
    5		int sum = 0, i = 0;
    (gdb) n
    9			sum = 0; 
    (gdb) 
    10			scanf("%s",input);
    (gdb) 
    12345678
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) print input 
    $1 = "12345"

input数组只有5个元素，写出界的是scanf自动添的'\\0'，用x命令看会更清楚一些：

(gdb) x/10b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	0	0

x命令打印指定存储单元的内容。10b是打印格式，b表示每个字节一组，10表示打印10组，从input数组的第一个字节开始连续打印10个字节。前8个字节是input数组的存储单元，打印的正是十进制ASCII码的'1'到'8'，第9个字节是写出界的'\\0'。根据运行结果，前7个字符转成数字都没错，第8个错了，也就是i从0到6的循环都没错，我们设一个条件断点从i等于7开始单步调试:

(gdb) l
    6		char input[5];
    7		
    8		while (1){
    9			sum = 0; 
    10			scanf("%s",input);
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    12				sum = sum*10 + input[i] - '0';
    13			printf("input=%d\n", sum);
    14		} 
    15		return 0;
    (gdb) break 12 if i ==7
    Breakpoint 2 at 0x400573: file gdb3.c, line 12.
    (gdb) continue 
    Continuing.
    
    Breakpoint 2, main () at gdb3.c:12
    12				sum = sum*10 + input[i] - '0';
    (gdb) print sum
    $2 = 1234567

现在sum是1234567没错，根据运行结果是1912370802我们知道即将进行的这步计算肯定要出错，算出来应该是12345670，那就是说input\[7\]肯定不是'8'了，事实证明这个推理是不严谨的：

(gdb) x/10b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	-121	-42

input\[7\]的确是56即8，产生1912370802还有另外一种可能，就是在下一次循环中12345670加上一个数得到1912370802。可现在不是到字符串末尾了吗？怎么会有下一次循环呢？注意到循环控制条件是input\[i\] != '\\0'，而本来应该是的0位置现在莫名其妙地变成了-121，因此循环不会结束，而且-121后面是-42，因此后面可能不止一次循环继续单步：

(gdb) n
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) print sum
    $3 = 12345678
    (gdb) n
    12				sum = sum*10 + input[i] - '0';
    (gdb) x/10b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	78	97

进入下一次循环，原来的-121又莫名其妙地变成了78，这是怎么回事？这个暂时解释不了，而且多循环了不止一次，因为没有出现‘\\0’。既然如此，那么我们看一看它到底循环了多少次得出的1912370802这样的一个结果的呢？

(gdb) n
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) p sum
    $11 = 123456810
    (gdb) n
    12				sum = sum*10 + input[i] - '0';
    (gdb) x/15b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	42	-51	91	7	9	0	0
    (gdb) n
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) p sum
    $12 = 1234568001
    (gdb) n
    12				sum = sum*10 + input[i] - '0';
    (gdb) x/15b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	65	3	-106	73	10	0	0
    (gdb) n
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) p sum
    $13 = -539222032
    (gdb) n
    12				sum = sum*10 + input[i] - '0';
    (gdb) x/15b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	-16	31	-36	-33	11	0	0
    (gdb) n
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) p sum
    $14 = -1097253105
    (gdb) n
    12				sum = sum*10 + input[i] - '0';
    (gdb) x/15b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	15	63	-103	-66	12	0	0
    (gdb) n
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) p sum
    $15 = 1912370802
    (gdb) n
    13			printf("input=%d\n", sum);
    (gdb) x/15b input 
    0x7fffffffe4f0:	49	50	51	52	53	54	55	56
    0x7fffffffe4f8:	114	118	-4	113	13	0	0
    (gdb) n
    input=1912370802
    14		}

到这里我们看见了1912370802这一结果的出现，而对于中间过程的原因，我们现在也无法解释。如果我们仔细的观察可以看见input被赋予了13个值，第14个位‘\\0’，可以看见每一次的x/15b input 结果的第13个数出现了有规律的增1现象，我们大胆猜想每一次循环，input的最后一个最后值自增1。

input\[12\]那个字节到底是为什么出现这样的变化的呢？可以用观察点（Watchpoint）来跟踪。我们知道断点是当程序执行到某一代码行时中断，而观察点是当程序访问某个存储单元时中断，如果我们不知道某个存储单元是在哪里被改动的，这时候观察点尤其有用。下面删除原来设的断点，从头执行程序，重复上次的输入，用watch命令设置观察点，跟踪input\[12\]的变化（虽然这是访问越界）：

(gdb) delete breakpoints 
    Delete all breakpoints? (y or n) y
    (gdb) start
    The program being debugged has been started already.
    Start it from the beginning? (y or n) y
    Temporary breakpoint 4 at 0x40053c: file gdb3.c, line 5.
    Starting program: /home/zhangsan/study-c/gdb3 
    
    Temporary breakpoint 4, main () at gdb3.c:5
    5		int sum = 0, i = 0;
    (gdb) n
    9			sum = 0; 
    (gdb) 
    10			scanf("%s",input);
    (gdb) 
    12345678
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) watch input[12] 
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    (gdb) i watchpoints 
    Num     Type           Disp Enb Address            What
    5       hw watchpoint  keep y                      input[12]
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 0 '\000'
    New value = 1 '\001'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 1 '\001'
    New value = 2 '\002'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 2 '\002'
    New value = 3 '\003'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 3 '\003'
    New value = 4 '\004'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 4 '\004'
    New value = 5 '\005'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 5 '\005'
    New value = 6 '\006'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 6 '\006'
    New value = 7 '\a'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 7 '\a'
    New value = 8 '\b'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 8 '\b'
    New value = 9 '\t'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 9 '\t'
    New value = 10 '\n'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 10 '\n'
    New value = 11 '\v'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 11 '\v'
    New value = 12 '\f'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    Hardware watchpoint 5: input[12]
    
    Old value = 12 '\f'
    New value = 13 '\r'
    0x000000000040059b in main () at gdb3.c:11
    11			for(i = 0;input[i] != '\0'; i++)
    (gdb) c
    Continuing.
    input=1912370802

我们看见情况比我们猜想的更加奇怪和诡异，修复这样的bug已经超出了我们的能力。

### gdb基本命令3： ###

命令                                                 描述  
watch                                         设置观察点  
info（或i）watchpoints             查看当前设置了哪些观察点  
x                                                 从某个位置开始打印存储单元的内容，全部当成字节来看，而不区分哪个字节属于哪个变量

### 总结： ###

对于本文我也是看[《Linux C编程一站式学习》][Linux C]一书中gdb观察点一章的内容，本以为可以按书上的操作一帆风顺的，没有想到发生了意外，我得到的结果和书中作者的结果出现了偏差，在下无奈之下只有硬着头皮上了。看见并照着操作的同学们可能也会遇见和我一样的情况，如书的作者在这章结尾中说的那样——“不得不承认，在有些平台和操作系统上也未必得到这个结果，产生Bug的往往都是一些平台相关的问题，举这样的例子才比较像是真实软件开发中遇到的Bug，如果您的程序跑不出我这样的结果，那这一节您就凑合着看吧。”

没有找到根本原因就不可能真的解决问题，一段十多行的C代码，就让我焦头烂额了，对于和我一样初学者来说，此刻心里无疑是拔凉拔凉的。如果你想举起一块石头，你至少要拥有举起这块石头的力量；如果我们想使用C这把利剑，我们又应该需要怎样的力量呢？

[Linux C]: http://docs.linuxtone.org/ebooks/C&CPP/c/ch10s03.html