使用gdb調試

我們將會使用GNU調試器，gdb，來調試這個程序。這是一個可以免費得到并且可以用于多個Unix平臺的功能強大的調試器。他也是Linux系統上的默認調試器。gdb已經被移植到許多其他平臺上，并且可以用于調試嵌入式實時系統。

啟動gdb

讓我們重新編譯我們的程序用于調試并且啟動gdb。

$ cc -g -o debug3 debug3.c
$ gdb debug3
GNU gdb 5.2.1
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(gdb)

gdb具有豐富的在線幫助，以及可以使用info程序進行查看或是在Emacs中進行查看的完整手冊。

(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本身是一個基于文本的程序，但是他確實了一些有助于重復任務的簡化操作。許多版本具有一個命令行編輯歷史，從而我們可以在命令歷史中進行滾動并且再次執行相同的命令。所有的版本都支持一個"空白命令"，敲擊Enter會再次執行上一條命令。當我們使用step或是next命令在一個程序中分步執行特殊有用。

運行一個程序

我們可以使用run命令執行這個程序。我們為run命令所指定的所有命令都作為參數傳遞給程序。在這個例子中，我們并不需要任何參數。

我們在這里假設我們的系統與作者的類似，也產生了內存錯誤的錯誤信息。如果不是，請繼續閱讀。我們就會發現當我們自己的程序生成一個內存錯誤時應怎么辦。如果我們并不沒有得到內存錯誤信息，但是我們在閱讀本書時希望運行這個例子，我們可以拾起第一個內存訪問問題已經被修復的debug4.c。

(gdb) run
Starting program: /home/neil/BLP3/chapter10/debug3
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x080483c0 in sort (a=0x8049580, n=5) at debug3.c:23
23????? /* 23 */??????????????????????? if(a[j].key > a[j+1].key) {
(gdb)

如前面一樣，我們程序并沒有正確運行。當程序失敗時，gdb會向我們顯示原因以及位置。現在我們可以檢測問題背后的原因。

依據于我們的內核，C庫，以及編譯器選項，我們所看到的程序錯誤也許有所不同，例如，也許當數組元素交換時是在25行，而不是數組元素比較時的23行。如果是這種情況，我們也許會看到如下的輸出：

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x8000613 in sort (a=0x8001764, n=5) at debug3.c:25
25????? /* 25 */??????????????????????????????? a[j] = a[j+1];

我們仍然可以遵循如下的gdb例子會話。

棧追蹤

程序已經在源文件debug3.c的第23行處的sort函數停止。如果我們并沒有使用額外的調試信息來編譯這個程序，我們就不能看到程序在哪里失敗，也不能使用變量名來檢測數據。

我們可以通過使用backstrace命令來查看我們是如何到達這個位置的。

(gdb) backtrace
#0 0x080483c0 in sort (a=0x8049580, n=5) at debug3.c:23
#1 0x0804849b in main () at debug3.c:37
#2 0x400414f2 in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6
(gdb)

這個是一個非常簡單的程序，而且追蹤信息很短小，因為我們并沒有在其他的函數內部來調用許多函數。我們可以看到sort是由同一個文件debug3.c中37行處的main來調用的。通常，問題會更為復雜，而我們可以使用backtrace來發現我們到達錯誤位置的路徑。

backtrace命令可以簡寫為bt，而且為了與其他調試器兼容，where命令也具有相同的功能。

檢測變量

當程序停止時由gdb所輸出的信息以及在棧追蹤中的信息向我們顯示了函數能數的值。

sort函數是使用一個參數a來調用的，而其值為0x8049580。這是數組的地址。依據于所使用的編譯器以及操作系統，這個值在不同的操作系統也會不同。

所影響的行號23，是一個數組元素與另一個數組元素進行比較的地方。

/* 23 */ if(a[j].key > a[j+1].key) {

我們可以使用調試器來檢測函數參數，局部變量以及全局數據的內容。print命令可以向我們顯示變量以及其他表達式的內容。

(gdb) print j
$1 = 4

在這里我們可以看到局部變量j的值為4。類似這樣由gdb命令所報告的所有值都會保存在偽變量中以備將來使用。在這里變量$1賦值為4以防止我們在以后使用。以后的命令將他們的結果存儲為$2，$3，依次類推。

j的值為4的事實意味著程序試著執行語句

if(a[4].key > a[4+1].key)

我們傳遞給sort的數組，array，只有5個元素，由0到4進行索引。所以這條語句讀取并不存在的array[5]。循環變量j已經讀取一個錯誤的值。

如果我們嘗試這個例子，而我們程序在25行發生錯誤，我們系統只有在交互元素時才會檢測到一個超過數組邊界的讀取，執行

/* 25 */ a[j] = a[j+1];

此時將j設置為4，結果為

a[4] = a[4+1];

我們可以使用print通過表達式來查看所傳遞的數組元素。使用gdb，我們幾乎可以使用任何合法的C表達式來輸出變量，數組元素，以及指針的值。

(gdb) print a[3]
$2 = {data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}
(gdb)

gdb將命令的結果保存在一個偽變量中，$<number>。上一個結果總是為$，而之前的一個為$$。這可以使得在一個結果可以用在另一個命令中。例如，

(gdb) print j
$3 = 4
(gdb) print a[$-1].key
$4 = 1

列出程序

我們可以使用list命令在gdb內查看程序源代碼。這會打印出當前位置周圍的部分代碼。持續的使用list會輸出更多的代碼。我們也可以為list指定一個行號或是函數名作為一個參數，而gdb就會顯示那個位置的代碼。

(gdb) list
18????? /* 18 */ int s = 1;
19????? /* 19 */
20????? /* 20 */ for(; i < n && s != 0; i++) {
21????? /* 21 */???????? s = 0;
22????? /* 22 */???????? for(j = 0; j < n; j++) {
23????? /* 23 */???????????????? if(a[j].key > a[j+1].key) {
24????? /* 24 */???????????????????????? item t = a[j];
25??? /* 25 */ a[j] = a[j+1];
26??? /* 26 */ a[j+1] = t;
27??? /* 27 */ s++;
(gdb)

我們可以看到在22行循環設置為當變量j小于n時才會執行。在這個例子中，n為5，所以j的最終值為4，總是小1。4會使得a[4]與a[5]進行比較并且有可能進行交換。這個問題的解決方法就是修正循環的結束條件為j < n-1。

讓我們做出修改，將這個新程序稱之為debug4.c，重新編譯，并再次運行。

/* 22 */ for(j = 0; j < n-1; j++) {

$ cc -g -o debug4 debug4.c
$ ./debug4
array[0] = {john, 2}
array[1] = {alex, 1}
array[2] = {bill, 3}
array[3] = {neil, 4}
array[4] = {rick, 5}

程序仍不能正常工作，因為他輸出了一個不正確的排序列表。下面我們使用gdb在程序運行時分步執行。

設置斷點

查找出程序在哪里失敗，我們需要能夠查看程序運行他都做了什么。我們可以通過設置斷點在任何位置停止程序。這會使得程序停止并將控制權返回調試器。我們將能夠監視變量并且允許程序繼續執行。

在sort函數中有兩個循環。外層循環，使用循環變時i，對于數組中的每一個元素運行一次。內層循環將其與列表中的下一個元素進行交換。這具有將最小的元素交換到最上面的效果。在外層循環的每一次執行之后，最大的元素應位置底部。我們可通過在外層循環停止程序進行驗證并且檢測數組狀態。

有許多命令可以用于設置斷點。通過gdb的help breakpoint命令可以列表這些命令：

(gdb) help breakpoint
Making program stop at certain points.
List of commands:
awatch — Set a watchpoint for an expression
break — Set breakpoint at specified line or function
catch — Set catchpoints to catch events
clear — Clear breakpoint at specified line or function
commands — Set commands to be executed when a breakpoint is hit
condition — Specify breakpoint number N to break only if COND is true
delete — Delete some breakpoints or auto-display expressions
disable — Disable some breakpoints
enable — Enable some breakpoints
hbreak — Set a hardware assisted breakpoint
ignore — Set ignore-count of breakpoint number N to COUNT
rbreak — Set a breakpoint for all functions matching REGEXP
rwatch — Set a read watchpoint for an expression
tbreak — Set a temporary breakpoint
tcatch — Set temporary catchpoints to catch events
thbreak — Set a temporary hardware assisted breakpoint
watch — Set a watchpoint for an expression
Type “help” followed by command name for full documentation.
Command name abbreviations are allowed if unambiguous.

讓我們在20行設置一個斷點并且運行這個程序：

$ gdb debug4
(gdb) break 20
Breakpoint 1 at 0x804835d: file debug4.c, line 20.
(gdb) run
Starting program: /home/neil/BLP3/chapter10/debug4
Breakpoint 1, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {

我們可以輸出數組值并且使用cont可以使得程序繼續執行。這個會使得程序繼續運行直到遇到下一個斷點，在這個例子中，直到他再次執行到20行。在任何時候我們都可以有多個活動斷點。

(gdb) print array[0]
$1 = {data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}

要輸出多個連續的項目，我們可以使用@<number>結構使得gdb輸出多個數組元素。要輸出array的所有五個元素，我們可以使用

(gdb) print array[0]@5
$2 = {{data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}}

注意，輸出已經進行簡單的處理從而使其更易于閱讀。因為這是第一次循環，數組并沒有發生變量。當我們允許程序繼續執行，我們可以看到當處理執行時array的成功修改：

(gdb) cont
Continuing.
Breakpoint 1, sort (a=0x8049580, n=4) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {
(gdb) print array[0]@5
$3 = {{data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}
(gdb)

我們可以使用display命令來設置gdb當程序在斷點處停止時自動顯示數組：

(gdb) display array[0]@5
1: array[0] @ 5 = {{data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}

而且我們可以修改斷點，從而他只是簡單的顯示我們所請求的數據并且繼續執行，而不是停止程序。在這樣做，我們可以使用commands命令。這會允許我們指定當遇到一個斷點時執行哪些調試器命令。因為我們已經指定了一個display命令，我們只需要設置斷點命令繼續執行。

(gdb) commands
Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
End with a line saying just “end”.
> cont
> end

現在我們允許程序繼續，他會運行完成，在每次運行到外層循環時輸出數組的值。

(gdb) cont
Continuing.
Breakpoint 1, sort (a=0x8049684, n=3) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {
1: array[0] @ 5 = {{data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}
Breakpoint 1, sort (a=0x8049684, n=2) at debug4.c:20
20????? /* 20 */??????? for(; i < n && s != 0; i++) {
1: array[0] @ 5 = {{data = “john”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 2}, {
??? data = “alex”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 1}, {
??? data = “bill”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 3}, {
??? data = “neil”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 4}, {
??? data = “rick”, ‘/000’ <repeats 4091 times>, key = 5}}
array[0] = {john, 2}
array[1] = {alex, 1}
array[2] = {bill, 3}
array[3] = {neil, 4}
array[4] = {rick, 5}
Program exited with code 044.
(gdb)

gdb報告程序并沒有以通常的退出代碼退出。這是因為程序本身并沒有調用exit也沒有由main返回一個值。在這種情況下，這個退出代碼是無意義的，而一個有意義的退出代碼應由調用exit來提供。

這個程序看起來似乎外層循環次數并不是我們所期望的。我們可以看到循環結束條件所使用的參數值n在每個斷點處減小。這意味著循環并沒有執行足夠的次數。問題就在于30行處n的減小。

/* 30 */ n--;

這是一個利用在每一次外層循環結束時array的最大元素都會位于底部的事實來優化程序的嘗試，所以就會有更少的排序。但是，正如我們所看到的，這是與外層循環的接口，并且造成了問題。最簡單的修正方法就是刪除引起問題的行。讓我們通過使用調試器來應用補丁測試這個修正是否有效。

使用調試進行補丁

我們已經看到了我們可以使用調試器來設置斷點與檢測變量的值。通過使用帶動作的斷點，我們可以在修改源代碼與重新編譯之前試驗一個修正，稱之為補丁。在這個例子中，我們需要在30行設置斷點，并且增加變量n。然后，當30行執行，這個值將不會發生變化。

讓我們從頭啟動程序。首先，我們必須刪除我們的斷點與顯示。我們可以使用info命令來查看我們設置了哪些斷點與顯示：

(gdb) info display
Auto-display expressions now in effect:
Num Enb Expression
1:?? y array[0] @ 5
(gdb) info break
Num Type??????????? Disp Enb Address??? What
1?? breakpoint????? keep y?? 0x0804835d in sort at debug4.c:20
???????? breakpoint already hit 4 times
???????? cont

我們可以禁止這些或是完全刪除他們。如果我們禁止他們，那么我們可以在以后需要他們時重新允許這些設置：

(gdb) disable break 1
(gdb) disable display 1
(gdb) break 30
Breakpoint 2 at 0x8048462: file debug4.c, line 30.
(gdb) commands 2
Type commands for when breakpoint 2 is hit, one per line.
End with a line saying just “end”.
>set variable n = n+1
>cont
>end
(gdb) run
Starting program: /home/neil/BLP3/chapter10/debug4
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /* 30 */??????????????? n--;
Breakpoint 2, sort (a=0x8049580, n=5) at debug4.c:30
30????? /*? 30 */?????????????? n--;
array[0] = {alex, 1}
array[1] = {john, 2}
array[2] = {bill, 3}
array[3] = {neil, 4}
array[4] = {rick, 5}
Program exited with code 044.
(gdb)

這個程序運行結束并且會輸出正確的結果。現在我們可以進行修正并且繼續使用更多的數據進行測試。

轉載于:https://www.cnblogs.com/dyllove98/archive/2009/05/09/2461958.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的调试（三）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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