软件开发,或多或少会走上调试这条路。调试工具可以帮你更加深入了解整个程序的运行状态,对程序运行有更多的主动权。
你可以随心所欲的改变程序运行流程,如:有变量a,你需要不断改变该a的值,让程序运行出理想的结果,那么你可以在调试工具中轻易的实现。
- 运行你的程序,设置所有的能影响程序运行的东西。
- 保证你的程序在指定的条件下停止。
- 当你程序停止时,让你检查发生了什么。
- 改变你的程序。那样你可以试着修正某个bug引起的问题,然后继续查找另一 个bug
今天给大家带来的gdb调试工具。GDB是GNU开源组织发布的一个强大的UNIX下的程序调试工具。GDB可以调试C、C++、D、Go、python、pascal、assemble(ANSI 汇编标准)等等语言。
1. 使用GDB
1. 启动
bash
# program是你的可执行文件,一般在当前目录
$ gdb program
# gdb同时调试运行程序和core文件,core是程序非法执行产生的文件
$ gdb program core
# 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。
$ gdb program pid
2. 运行
bash
(gdb) r/run # 开始运行程序
(gdb) c/continue # 继续运行
(gdb) n/next # 下一行,不进入函数调用
(gdb) s/step # 下一行,进入函数调用
(gdb) ni/si # 吓一跳指令,ni和si区别同上
(gdb) fini/finish # 继续运行至函数退出/当前栈帧
(gdb) u/util # 继续运行至某一行,在循环中,u可以实现运行至循环刚刚退出,但这取决于循环的实现
(gdb) set args # 设置程序启动参数,如:set args 10 20 30
(gdb) show args # 查看程序启动参数
(gdb) path <dir> # 设置程序的运行路径
(gdb) show paths # 查看程序的运行路径
(gdb) set env <name=val># 设置环境变量,如:set env USER=chen
(gdb) show env [name] # 查看环境变量
(gdb) cd <dir> # 相当于shell的cd命令
(gdb) pwd # 显示当前所在目录
(gdb) shell <commond> # 执行shell命令
3.设置/查看断点(breakpoint)
bash
(gdb) b/break linenum/func # 在第linenum行或function处停住
(gdb) b/break +/-offset # 在当前行号后/前offset行停住
(gdb) b/break filename:linenum # 在源文件filename的linenum行停住
(gdb) b/break filename:func # 在源文件的function入口停住
(gdb) b/break *address # 在内存地址address处停住
(gdb) b/break # 没有参数,表示下一跳指令处停住
(gdb) b/break if <condition> # 条件成立是停住,如在循环中:break if i=100
(gdb) info break [n] # 查看断点, n表示断点号
4. 设置/查看观察点(watchpoint)
bash
# 观察点一搬来观察某个表达式或变量的值是否有变化了,有:程序停住
(gdb) watch <expr> # 观察值是否有变化
(gdb) rwatch <expr> # 当expr被读取时,停住
(gdb) awatch <expr> # 当expr被读取或写入时,停住
(gdb) info watchpoints # 查看所有观察点
5. 设置/查看捕捉点(catchpoint)
bash
# 你可设置捕捉点来补捉程序运行时的一些事件。如:载入共享库(动态链接库)或是C++的异常。
(gdb) tcatch <event> # 只设置一次捕捉点
(gdb) catch <event> # 当event发生时,停住程序,如下:
# throw 一个c++抛出的异常(throw为关键字)
# catch 一个C++捕捉到的异常(catch为关键字)
# exec 调用系统调用exec时(只在HP-UX下有用)
# fork 调用系统调用fork时(只在HP-UX下有用)
# vfork 调用系统调用vfork时(只在HP-UX下有用)
# load [file] 载入共享库(动态链接库)时(只在HP-UX下有用)
# unload [libname] 卸载共享库(动态链接库)时(只在HP-UX下有用)
#
6. 维护停止点
bash
# 上面说了三种如何设置停止点的方法。在gdb中如果你觉得已经定义好的停止点没有用,那么你可以delete、clear、disable、enable进行维护
(gdb) clear # 清除所有已定义的停止点。如果程序运行,清除当前行之后的
(gdb) clear <fuction> # 清除所有设置在函数上的停止点
(gdb) clear <file:line> # 清除所有设置在指定行上的停止点
(gdb) d/delete [n]/[m-n] # 删除断点号,不设置则删除全部,也可以范围m-n
# 比删除更好的一种方法是disable停止点,disable了的停止点,GDB不会删除,当你还需要时,enable即可,就好像回收站一样。
(gdb) disable [n]/[m-n] # disable指定断点号n,不指定则disable所有,也可以范围m-n
(gdb) enable [n]/[m-n] # enable断点n,也可以范围m-n
(gdb) enable once [n]/[m-n] # enable断点n一次,程序停止后自动disable,也可以范围m-n
(gdb) enable delete [n]/[m-n] # enable断点,程序结束自动删除,也可以范围m-n
7. 维护条件停止点
bash
# 前面说到设置breakpoint可以设置成一个条件,这里列出相关的维护命令
(gdb) condition <bunm> <expr> # 修改断掉号bnum的停止条件
(gdb) condition <bnum> # 清除断点号bnum的停止条件
# ignore 可以指定程序运行时,忽略停止条件几次
(gdb) ignore <bnum> <count> # 忽略断点号hnum的停止条件count次
8.停止点设置运行命令
bash
# 当程序停住时,我们可以通过command设置其自动执行的命令,这很利于自动化调试。
(gdb) commands [bnum]
> ... commands list ...
> end # 这里为断点号bnum设置一个命令列表
如:
(gdb) break foo if x>0
(gdb) commands
> printf "x is %dn",x
> continue
> end
# 断点设置在函数foo中,断点条件是x>0,如果程序被断住后,也就是,一旦x的值在foo函数中大于0,GDB会自动打印出x的值,并继续运行程序。
# 如果你要清除断点上的命令序列,那么只要简单的执行一下commands命令,并直接在打个end就行了。
9.断点菜单
bash
# 如果你使用c++,有可能下断点时遇到相同名字的函数,gdb会为你列出该函数菜单供你选择。
如:
(gdb) b String::after
[0] cancel
[1] all
[2] file:String.cc; line number:867
[3] file:String.cc; line number:860
[4] file:String.cc; line number:875
[5] file:String.cc; line number:853
[6] file:String.cc; line number:846
[7] file
> 2 4 6
Breakpoint 1 at 0xb26c: file String.cc, line 867.
Breakpoint 2 at 0xb344: file String.cc, line 875.
Breakpoint 3 at 0xafcc: file String.cc, line 846.
10.恢复程序运行和单步调试
bash
# 当程序被停住了,你可以用c/continue恢复运行,或下一个断点到来。也可以使用step或next命令单步跟踪程序。
(gdb) c/continue [ignore-count] # 恢复程序运行,ignore-count忽略后面断点数
# 单步跟踪,如果有函数调用,他会进入该函数。进入函数的前提是,此函数被编译有debug信息。很像VC等工具中的stepin。后面可以加count也可以不加,不加表示一条条地执行,加表示执行后面的count条指令,然后再停住。
(gdb) step <count>
# 打开step-mode模式,于是,在进行单步跟踪时,程序不会因为没有debug信息而不停住。这个参数有很利于查看机器码。
(gdb) set step-mode on
# 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。
(gdb) u/until
# 单步跟踪一条机器指令!一条程序代码有可能由数条机器指令完成,stepi和nexti可以单步执行机器指令。与之一样有相同功能的命令是“display/i $pc” ,当运行完这个命令后,单步跟踪会在打出程序代码的同时打出机器指令(也就是汇编代码)
(gdb) si/stepi
(gdb) ni/stepi
11.信号
bash
# 信号是一种软中断,是一种处理异步事件的方法。一般来说,操作系统都支持许多信号。尤其是UNIX,比较重要应用程序一般都会处理信号。UNIX定义了许多信号,比如SIGINT表示中断字符信号,也就是Ctrl+C的信号,SIGBUS表示硬件故障的信号;SIGCHLD表示子进程状态改变信号;SIGKILL表示终止程序运行的信号,等等。信号量编程是UNIX下非常重要的一种技术。
# GDB有能力在你调试程序的时候处理任何一种信号,你可以告诉GDB需要处理哪一种信号。你可以要求GDB收到你所指定的信号时,马上停住正在运行的程序,以供你进行调试。你可以用GDB的handle命令来完成这一功能。
(gdb) handle <signal> <keywords...>
# 在GDB中定义一个信号处理。信号<signal>可以以SIG开头或不以SIG开头,可以用定义一个要处理信号的范围(如:SIGIO-SIGKILL,表示处理从SIGIO信号到SIGKILL的信号,其中包括SIGIO,SIGIOT,SIGKILL三个信号),也可以使用关键字all来标明要处理所有的信号。一旦被调试的程序接收到信号,运行程序马上会被GDB停住,以供调试。其<keywords>可以是以下几种关键字的一个或多个。
nostop # 当被调试的程序收到信号时,GDB不会停住程序的运行,但会打出消息告诉你收到这种信号。
stop # 当被调试的程序收到信号时,GDB会停住你的程序。
print # 当被调试的程序收到信号时,GDB会显示出一条信息。
noprint # 当被调试的程序收到信号时,GDB不会告诉你收到信号的信息。
pass/noignore # 当被调试的程序收到信号时,GDB不处理信号。这表示,GDB会把这个信号交给被调试程序会处理。
nopass/ignore # 当被调试的程序收到信号时,GDB不会让被调试程序来处理这个信号。
# 查看有哪些信号在被GDB检测中。
(gdb) info signals
(gdb) info handle
12.产生信号量
bash
# 使用singal命令,可以产生一个信号量给被调试的程序。
#如:中断信号Ctrl+C。
# 这非常方便于程序的调试,可以在程序运行的任意位置设置断点,
# 并在该断点用GDB产生一个信号量,这种精确地在某处产生信号非常有利程序的调试。语法是:
(gdb) signal <singal>
# UNIX的系统信号量通常从1到15。所以<singal>取值也在这个范围。
# single命令和shell的kill命令不同,系统的kill命令发信号给被调试程序时,是由GDB截获的,
#而single命令所发出一信号则是直接发给被调试程序的。
13.线程
bash
# 当你的程序时多线程的,你可以定义断点是否在所有线程或某个线程
(gdb) info threads # 查看线程
(gdb) break <line> thread <threadno> # 指定源程序line行,线程threadno停住
(gdb) break <line> thread <threadno> if... # 指定源程序line行,线程threadno停住,跟上条件
如:
(gdb) break frik.c:13 thread 28 if bartab > lim
14.查看栈信息
bash
# 当程序被停住了,你需要做的第一件事就是查看程序是在哪里停住的。
# 当你的程序调用了一个函数,函数的地址,函数参数,函数内的局部变量都会被压入“栈”(Stack)中。
#你可以用GDB命令来查看当前的栈中的信息。
(gdb) bt/backtrace # 打印当前的啊还能输调用栈的所有信息
(gdb) bt/backtrace <n> # 当n为正数,打印栈顶n层。为负数,打印栈低n层
# 如果你要查看某一层的信息,你需要在切换当前的栈,一般来说,程序停止时,最顶层的栈就是当前栈,
# 如果你要查看栈下面层的详细信息,首先要做的是切换当前栈。
(gdb) f/frame <n> # n从0开始,是栈中的编号
(gdb) up <n> # 向栈的上面移动n层。如无n,向上移动一层
(gdb) down <n> # 向栈的下面移动n层。如无n,向下移动一层
# 栈的层编号,当前的函数名,函数参数值,函数所在文件及行号,函数执行到的语句。
(gdb) f/frame
# 这个命令会打印出更为详细的当前栈层的信息,只不过,大多数都是运行时的内内地址。
# 比如:函数地址,调用函数的地址,被调用函数的地址,
# 目前的函数是由什么样的程序语言写成的、函数参数地址及值、局部变量的地址等等。
(gdb) info f/frame
(gdb) info args # 打印当前函数的参数名及值
(gdb) info locals # 打印当前函数中所有局部变量及值
(gdb) info catch # 打印当前函数中的异常处理信息
15.查看源码
bash
# 在程序编译时一定要加上-g的参数,把源程序信息编译到执行文件中。不然就看不到源程序了。
(gdb) l # 显示当前行前后的源码
(gdb) l - # 显示当前行前的源码
(gdb) l + # 显示当前行后的源码
(gdb) l/list <linuenum/func> # 查看第linenum行或者function所在行附近的10行
(gdb) l/list # 查看上一次list命令列出的代码后面的10行
(gdb) l/list m,n # 查看从第m行到第n行的源码。m不填,则从当前行到n
(gdb) l/list -/+offset # 查看想对当前行偏移offset源码
(gdb) l/list <file:line> # 查看文件file的line行的源码
(gdb) l/list <func> # 查看函数名func源码
(gdb) l/list <file:func> # 查看文件file的函数func源码
(gdb) l/list <*address> # 查看运行时内存地址address的源码
(gdb) set listsize # 设置一次显示源码的行数
(gdb) show listsize # 查看listsize的值
16.搜索源代码
bash
(gdb) forward-search <regexp> # 向前搜索,regexp是一个正则表达式
(gdb) search <regexp> # 向前搜索
(gdb) reverse-search <regexp> # 全局搜索
17.指定源文件路径
bash
# 某些时候,用-g编译过后的执行程序中只是包括了源文件的名字,没有路径名。GDB提供了可以让你指定源文件的路径的命令,以便GDB进行搜索。
(gdb) dir/directory <dirname ... > # 加一个源文件路径到当前路径的前面。如果你要指定多个路径,UNIX下你可以使用“:”,Windows下你可以使用“;”。
(gdb) dir/directory # 清除所有的自定义的源文件搜索路径信息。
(gdb) show directories # 显示定义了的源文件搜索路径。
18.源代码内存
bash
(gdb) info line # 查看源代码在内存中的地址,还可以:
(gdb) info line <num>
(gdb) info line <file:num>
(gdb) info line <func>
(gdb) info line <file:func>
# 还有一个命令(disassemble)你可以查看源程序的当前执行时的机器码,这个命令会把目前内存中的指令dump出来。如下面的示例表示查看函数func的汇编代码。
(gdb) disassemble func
19.查看运行时数据
bash
# <expr>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),<f>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。
(gdb) p/print <expr> # expr可以是const常量、变量、函数等内容
(gdb) p/print /<f> <expr>
# 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。
{<type>} <addr> 表示一个指向内存地址<addr>的类型为type的一个对象。
# 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。
SH# 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。
如:
(gdb) p i
$21 = 101
(gdb) p/a i
$22 = 0x65
20.查看内存
bash
# 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:
(gdb) x/<n/f/u> <addr> # n, f, u可选
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。
<addr> 表示一个内存地址。
# n/f/u三个参数可以一起使用。例如:
(gdb) 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。
21.自动显示
bash
# 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。
(gdb) display <expr>
(gdb) display/<fmt> <expr>
(gdb) display/<fmt> <addr>
# 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:
(gdb) 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:
(gdb) undisplay <dnums...>
(gdb) delete display <dnums...>
# 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)
(gdb) disable display <dnums...>
(gdb) enable display <dnums...>
# disable和enalbe不删除自动显示的设置,而只是让其失效和恢复。
(gdb) 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。
22.退出
bash
(gdb) q/quit # 退出GDB调试
23.技巧
bash
(gdb) b # 敲入b按两次TAB键
backtrace break bt