Linux中調(diào)試C程序的福音——gdb

無論多么有經(jīng)驗(yàn)的程序員，開發(fā)的任何軟件都不可能完全沒有 bug。因此，排查及修復(fù) bug 成為軟件開發(fā)周期中最重要的任務(wù)之一。有許多辦法可以排查 bug（測試、代碼自審等等），但是還有一些專用軟件（稱為調(diào)試器）可以幫助準(zhǔn)確定位問題的所在，以便進(jìn)行修復(fù)。

如果你是 C/C++ 程序員，或者使用 Fortran 和 Modula-2 編程語言開發(fā)軟件，那么你將會(huì)很樂意知道有這么一款優(yōu)秀的調(diào)試器 – GDB – 可以幫你更輕松地調(diào)試代碼 bug 以及其它問題。在這篇文章中，我們將討論一下 GDB 調(diào)試器的基礎(chǔ)知識(shí)，包括它提供的一些有用的功能/選項(xiàng)。

在我們開始之前，值得一提的是，文章中的所有說明和示例都已經(jīng)在 Ubuntu 14.04 LTS 中測試過。教程中的示例代碼都是 C 語言寫的；使用的 shell 為 bash（4.3.11）；GDB 版本為 7.7.1。

GDB 調(diào)試器基礎(chǔ)

通俗的講，GDB 可以讓你看到程序在執(zhí)行過程時(shí)的內(nèi)部流程，并幫你明確問題的所在。我們將在下一節(jié)通過一個(gè)有效的示例來討論 GDB 調(diào)試器的用法，但在此之前，我們先來探討一些之后對(duì)你有幫助的基本要點(diǎn)。

首先，為了能夠順利使用類似 GDB 這樣的調(diào)試器，你必須以指定的方式編譯程序，讓編譯器產(chǎn)生調(diào)試器所需的調(diào)試信息。例如，在使用 gcc 編譯器（我們將在本教程之后的章節(jié)用它來編譯 C 程序示例）編譯代碼的時(shí)候，你需要使用?-g?命令行選項(xiàng)。

想要了解 gcc 編譯器手冊(cè)頁中關(guān)于?-g?命令行選項(xiàng)相關(guān)的內(nèi)容，請(qǐng)看這里。

下一步，確保在你的系統(tǒng)中已經(jīng)安裝 GDB 調(diào)試器。如果沒有安裝，而且你使用的是基于 Debian 的系統(tǒng)（如 Ubuntu），那么你就可以使用以下命令輕松安裝該工具：

sudo apt-get install gdb

在其他發(fā)行版上的安裝方法，請(qǐng)看這里。

現(xiàn)在，當(dāng)你按照上述的方式編譯完程序（gcc?-g?命令行選項(xiàng)），同時(shí)也已經(jīng)安裝好 GDB 調(diào)試器，那么你就可以使用以下命令讓程序在調(diào)試模式中運(yùn)行：

gdb [可執(zhí)行程序的名稱]

這樣做會(huì)初始化 GDB 調(diào)試器，但你的可執(zhí)行程序此時(shí)還不會(huì)被啟動(dòng)。在這個(gè)時(shí)候你就可以定義調(diào)試相關(guān)的設(shè)置。例如，你可以在特定行或函數(shù)中設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)讓 GDB 在該行暫停程序的執(zhí)行。

接著，為了啟動(dòng)你的程序，你必須輸入執(zhí)行以下 gdb 命令：

run

在這里，值得一提的是，如果你的程序需要一些命令行參數(shù)，那么你可以在這里指定這些參數(shù)。例如：

run [參數(shù)]

GDB 提供了很多有用的命令，在調(diào)試的時(shí)候總是能派的上用場。我們將在下一節(jié)討論其中一部分命令。

GDB 調(diào)試器用例

現(xiàn)在我們對(duì) GDB 及其用法有了基本的概念。因此，讓我們舉例來應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。這是一段示例代碼：

#include int main(){ int out = 0, tot = 0, cnt = 0; int val[] = {5, 54, 76, 91, 35, 27, 45, 15, 99, 0}; while(cnt < 10) { out = val[cnt]; tot = tot + 0xffffffff/out; cnt++; } printf("/n Total = [%d]/n", tot); return 0;}

簡單說明一下這段代碼要做什么事。獲取?val?數(shù)組中每一個(gè)值，將其賦值給?out?變量，然后將?tot?之前的值與?0xffffffff/out?的結(jié)果值累加，賦值給?tot?變量。

這里遇到的問題是，當(dāng)執(zhí)行這段代碼編譯后的可執(zhí)行程序時(shí)，產(chǎn)生以下錯(cuò)誤：

$ ./gdb-testFloating point exception (core dumped)

因此，要調(diào)試這段代碼，第一步是使用?-g?選項(xiàng)編譯程序。命令如下：

gcc -g -Wall gdb-test.c -o gdb-test

接著，讓我們運(yùn)行 GDB 調(diào)試器并指定要調(diào)試的可執(zhí)行程序。命令如下：

gdb ./gdb-test

現(xiàn)在，我剛才得到的錯(cuò)誤是?Floating point exception，大部分人可能已經(jīng)知道，這是因?yàn)?n % x，當(dāng) x 為 0 時(shí)導(dǎo)致的錯(cuò)誤。所以，考慮到這一點(diǎn)，我在 11 行代碼除法運(yùn)算的位置處添加了一個(gè)斷點(diǎn)。如下：

(gdb)&;break 11

注意?(gdb)?是調(diào)試器的提示信息，我只輸入了?break 11?命令。

現(xiàn)在，讓 GDB 開始運(yùn)行程序：

run

當(dāng)斷點(diǎn)第一次被命中時(shí)，GDB 顯示如下輸出：

Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:1111 tot = tot + 0xffffffff/out;(gdb)

正如你所看到的那樣，調(diào)試器會(huì)顯示斷點(diǎn)所在的行代碼?，F(xiàn)在，讓我們打印出此時(shí)?out?的值。如下：

(gdb) print out$1 = 5(gdb)

如上所示，值?5?被打印出來了。這個(gè)時(shí)候一切都還是正常的。讓調(diào)試器繼續(xù)執(zhí)行程序直到命中下一個(gè)斷點(diǎn)，可以通過使用?c?命令來完成：

c

重復(fù)上述操作，直到?out?值變?yōu)?0?時(shí)。

.........Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:1111 tot = tot + 0xffffffff/out;(gdb) print out$2 = 99(gdb) cContinuing.Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:1111 tot = tot + 0xffffffff/out;(gdb) print out$3 = 0(gdb)

現(xiàn)在，為了進(jìn)一步確認(rèn)問題，我使用 GDB 的?s（或?step）命令代替?c?命令。因?yàn)?，我只想讓?dāng)前程序在第 11 行之后暫停，再一步步執(zhí)行，看看這個(gè)時(shí)候是否會(huì)發(fā)生崩潰。

以下是執(zhí)行之后輸出信息：

(gdb) sProgram received signal SIGFPE, Arithmetic exception.0x080484aa in main () at gdb-test.c:1111 tot = tot + 0xffffffff/out;

是的，如上輸出的第一行內(nèi)容所示，這就是拋出異常的地方。當(dāng)我再次嘗試運(yùn)行?s?命令時(shí)，問題最終也得到了確認(rèn)：

(gdb) sProgram terminated with signal SIGFPE, Arithmetic exception.The program no longer exists.

通過這種方式，你就可以使用 GDB 調(diào)試你的程序。

總結(jié)

GDB 提供了很多功能供用戶研究和使用，在這里，我們僅僅只介紹了很少一部分內(nèi)容。通過 GDB 的手冊(cè)頁可以進(jìn)一步了解這個(gè)工具，當(dāng)你在調(diào)試代碼的時(shí)候，嘗試使用一下它。GDB 調(diào)試器有一定的學(xué)習(xí)難度，但是它很值得你下功夫?qū)W習(xí)。

?