GDB调试简易教程

拼搏现实的明天。 2022-05-30 07:12 249阅读 0赞

# 入门 #

GDB是一个由GNU开源组织发布的、UNIX/LINUX操作系统下的、基于命令行的、功能强大的程序调试工具。 对于一名Linux下工作的c++程序员，gdb是必不可少的工具；

## 1.1. 启动gdb ##

对C/C++程序的调试，需要在编译前就加上-g选项:

$g++ -g hello.cpp -o hello

调试可执行文件:

$gdb <program>

program也就是你的执行文件，一般在当前目录下。

调试core文件(core是程序非法执行后core dump后产生的文件):

$gdb <program> <core dump file>
    $gdb program core.11127

调试服务程序:

$gdb <program> <PID>
    $gdb hello 11127

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。

## 1.2. gdb交互命令 ##

启动gdb后，进入到交互模式，通过以下命令完成对程序的调试；注意高频使用的命令一般都会有缩写，熟练使用这些缩写命令能提高调试的效率；

#### 运行 ####

run：简记为 r ，其作用是运行程序，当遇到断点后，程序会在断点处停止运行，等待用户输入下一步的命令。
    
    continue （简写c ）：继续执行，到下一个断点处（或运行结束）
    
    next：（简写 n），单步跟踪程序，当遇到函数调用时，也不进入此函数体；此命令同 step 的主要区别是，step 遇到用户自定义的函数，将步进到函数中去运行，而 next 则直接调用函数，不会进入到函数体内。
    
    step （简写s）：单步调试如果有函数调用，则进入函数；与命令n不同，n是不进入调用的函数的
    
    until：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。
    
    until+行号： 运行至某行，不仅仅用来跳出循环
    
    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。
    
    call 函数(参数)：调用程序中可见的函数，并传递“参数”，如：call gdb_test(55)
    
    quit：简记为 q ，退出gdb

#### 设置断点 ####

break n （简写b n）:在第n行处设置断点
    	可以带上代码路径和代码名称： b OAGUPDATE.cpp:578
    
    b fn1 if a＞b：条件断点设置
    
    break func（break缩写为b）：在函数func()的入口处设置断点，如：break cb_button
    
    delete 断点号n：删除第n个断点
    
    disable 断点号n：暂停第n个断点
    
    enable 断点号n：开启第n个断点
    
    clear 行号n：清除第n行的断点
    
    info b （info breakpoints） ：显示当前程序的断点设置情况
    
    delete breakpoints：清除所有断点：

#### 查看源代码 ####

list ：简记为 l ，其作用就是列出程序的源代码，默认每次显示10行。
    
    list 行号：将显示当前文件以“行号”为中心的前后10行代码，如：list 12
    
    list 函数名：将显示“函数名”所在函数的源代码，如：list main
    
    list ：不带参数，将接着上一次 list 命令的，输出下边的内容。

#### 打印表达式 ####

print 表达式：简记为 p ，其中“表达式”可以是任何当前正在被测试程序的有效表达式，比如当前正在调试C语言的程序，那么“表达式”可以是任何C语言的有效表达式，包括数字，变量甚至是函数调用。
    
    print a：将显示整数 a 的值
    
    print ++a：将把 a 中的值加1,并显示出来
    
    print name：将显示字符串 name 的值
    
    print gdb_test(22)：将以整数22作为参数调用 gdb_test() 函数
    
    print gdb_test(a)：将以变量 a 作为参数调用 gdb_test() 函数
    
    display 表达式：在单步运行时将非常有用，使用display命令设置一个表达式后，它将在每次单步进行指令后，紧接着输出被设置的表达式及值。如： display a
    
    watch 表达式：设置一个监视点，一旦被监视的“表达式”的值改变，gdb将强行终止正在被调试的程序。如： watch a
    
    whatis ：查询变量或函数
    
    info function： 查询函数
    
    扩展info locals： 显示当前堆栈页的所有变量

#### 查询运行信息 ####

where/bt ：当前运行的堆栈列表；
    
    bt backtrace 显示当前调用堆栈
    
    up/down 改变堆栈显示的深度
    
    set args 参数:指定运行时的参数
    
    show args：查看设置好的参数
    
    info program： 来查看程序的是否在运行，进程号，被暂停的原因。

#### 分割窗口 ####

layout：用于分割窗口，可以一边查看代码，一边测试：
    
    layout src：显示源代码窗口
    
    layout asm：显示反汇编窗口
    
    layout regs：显示源代码/反汇编和CPU寄存器窗口
    
    layout split：显示源代码和反汇编窗口
    
    Ctrl + L：刷新窗口

**tips：交互模式下直接回车的作用是重复上一指令，对于单步调试非常方便；**

# 进阶 #

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 /

/ 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。

例如：

(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：

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“65”。

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，则直接对其赋值。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）