调试：源代码调试器

傷城~ 2022-08-31 02:17 290阅读 0赞

> 如果调试器可以显示程序源代码的当前执行点或者程序错误的位置，这种调试器就叫做**源代码调试器**/**符号调试器**，比如说GDB和Visual Studio

# 程序 #

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    int factorial(int n){
        
        int result = 1;
        if(n == 0){
        
            return result;
        }
    
        result  = factorial(n - 1) * n;
        return result;
    }
    
    
    int main(int argc, char** argv)
    {
        
        int n , result;
        if(argc != 2){
        
            fprintf(stderr, "usage: main n, n >= 0\n");
        }
        n = atoi(argv[1]);
        result = factorial(n);
        printf("factorial %d = %d\n", n, result);
        return 0;
    }

# 使调试器与程序一起运行 #

为了开始进行调试，需要使得程序与调试器一起运行。必须指示编译器将调试信息放到程序的对象代码中。这些调试信息也叫做**调试符号或符号信息**。它们包括函数和变量的名称以及CPU指令、源文件和行号之间的关系。注意，大多数编译器在默认或者优化模式下未启用调试，因为对象代码中的调试会使得程序变得更大。此外，大多数编译器优化在调试模式下是禁用的，因此程序会运行的较慢。

对于GNU编译器GCC/G++以及大部分其他编译器，**进行调试的编译器标识是-g**，因此：

g++ -g -o factorial main.cpp

下一步是将程序载入调试器，并运行它。调试器将一直出于运行模式，直到被打断、程序崩溃或者程序退出。

对于GDB调试器，需要键入命令gdb，并输入程序名称作为它的第一个参数。GDB将启用一个命令行解释器，在这里可以输入命令来控制调试器。运行程序的命令是`run`，后跟着要传递给程序的命令行参数：

$ gdb factorial
    一大堆免责信息
    (gdb) run 1
    Starting program: /home/oceanstar/CLionProjects/debug_learning/factorial 1
    factorial 1 = 1
    [Inferior 1 (process 30667) exited normally]

从上面可以看出：

(gdb) run 1
    开始进程: 程序二进制完整路径 程序参数为1
    print打印
    [Inferior 1 (进程30667) 正常退出]

接下来我们调试一个异常：用参数n=-1来运行程序，浙江导致递归不能正常停止：

(gdb) run -1
    Starting program: /home/oceanstar/CLionProjects/debug_learning/factorial -1
    
    Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
    0x0000000000400615 in factorial (n=<error reading variable: Cannot access memory at address 0x7fffff7feffc>) at main.cpp:4
    4       int factorial(int n){

从上面可以看出：

(gdb) run 1
    开始进程: 程序二进制完整路径 程序参数为-1
    
    进程收到SIGSEGV，段错误
    错误发生在在main.cpp的第4行的地址0x0000000000400615 处（n=<读取变量时发生错误>：不能读取地址0x7fffff7feffc）
    4    发生错误的实际代码行

分析：该程序的第4行引起段错误，这是一个内存错误。

如果是使用VS调试，将打印：  
![在这里插入图片描述][e9bcb6066373c08d0da63b8b70efd379.png]

# 在程序崩溃时执行栈跟踪 #

VS已经说明了崩溃原因：C/C++程序的栈是一个内存片段，用来存储每个活动的函数调用的栈帧(stack frame)。栈帧由返回地址、函数的参数和局部变量组成。栈跟踪(stack stace)是一个实际的栈帧链，这个链从调试器当前停止或者暂停的最顶部函数开始，向下一直到main函数。当嵌套函数调用的链过长，造成栈没有足够内存来存储当前栈帧时，就发生了栈溢出。

除了在源代码中显示程序崩溃的位置之外，调试器还显示栈帧和崩溃的栈跟踪。栈跟踪是用于调试崩溃位置的有用信息，因为它可以告诉我们导致崩溃的函数调用链

GDB调试器通过编号来引用栈帧，其中当前栈帧的编号是0，main()函数的栈帧编号最高。这个数字也是调用栈的大小。GDB的栈跟踪命令是`bt、backtrace、where`（全是一个程序，只是不同的名字）。栈跟踪确定本例中的程序是程序的栈溢出，原因是对factorial()函数进行了过多的递归调用。

![在这里插入图片描述][e6004bcb7ab3ddf7d0826a6d82103df1.png]  
可以在调用栈中进行上下导航，并检查函数参数和局部变量的值。在GDB中，可以使用命令`up`或者`down`在栈中移动。

# 使用断点 #

交互式调试要求能够在程序终止前挂起程序的运行，并且能够以可控制的方式在程序代码中导航，这是通过断点实现的。调试器提供了一系列断点命令如下：

*  行断点：当到达源代码中的指定行时，暂停程序
 *  函数断点：当到达指定函数的第一行时，暂停程序
 *  条件断点：如果特定条件保持为真，暂停程序
 *  事件断点：当发生特定事件时，暂停程序。支持的事件包括来自操作系统的signals和C++异常

# 调试 #

一些用于暂停和运行程序的命令：

*  `run`：run命令将开始程序。可以通过命令行参数或者环境变量来控制和更改运行程序的环境
 *  `start`：start命令将允许程序，直到main()的第一行，然后停止程序的执行。这样就不会所示包含main()函数的文件，并在其第一行设置显示的断点了
 *  `pause`：pause命令将中断一个正在运行的程序。在某些调试器中，键入Ctrl-C或单击Pause键将起到相同的效果
 *  `continue`：调试器命令continue使暂停的程序恢复执行

为了理解复杂代码片段的行为，需要逐行遍历源代码。调试器提供了逐行步进(stepping)的功能。由三种不同的步进模式：

*  `step-into`：调试器命令`step-into`(在GDB中是`step`)的作用是移动到下一个可执行的代码行。如果当前行是一个函数调用，则调试器将进入函数，并停止在函数体的第一行。
 *  `step-over`：调试器命令`step-over`(在GDB中是`next`)的作用是在同一个调用栈层中移动到下一个可执行的代码行。如果当前行是一个函数调用，则调用器将在函数调用之后的下一条语句停止。调试器不会进入函数体。如果当前行是函数的最后一行，则step-over将进入下一个函数栈层，并在调用函数的下一行停止。
 *  `step-out`：调试器命令`step-out`(在GDB中是`finish`)的作用是在栈中前进到下一层，并在调用函数的下一行停止。

# 看个例子 #

目的：用调试器来查明为什么当n>=13时，程序返回错误值。（程序13！的返回结果是1932053504，而正确的值应该是6227020800）

![在这里插入图片描述][9cc9d69b1b563d2ce767834608da7f34.png]  
我们需要检测递归调用是否正常工作，因此在第5行设置一个断点，以便检测当n=0时，函数不再调用自己。另外，在第11行设置一个断点，以便能够查看每次调用factorial的返回值。这里不再使用步进，而是是程序继续第一个断点：  
![在这里插入图片描述][5f90bd6569651b50784e4845a689ecd8.png]  
![在这里插入图片描述][64a50b7a3db769b7c9641503dd5605d0.png]  
![在这里插入图片描述][c1e3865ea401e214b6e93cb5505d41c7.png]

![在这里插入图片描述][8674c1e2e980ab4670cdfa080b0d2b6e.png]  
![在这里插入图片描述][b48d7444d423283e298b45780d2d848e.png]  
…  
![在这里插入图片描述][878b76c8d8376cd5f49801f378d4fe1a.png]  
…

[e9bcb6066373c08d0da63b8b70efd379.png]: /images/20220829/22a8a463e1ff4ceba5be8cf0ec03871f.png
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