GDB 是我们平时调试 c/c++程序的利器, 查起复杂的 bug 问题,比打印大法要好的多,但是也不得不说, gdb 在默认情况下用起来并不是很好用,最近学习到几个高级点的技巧,分享下:

一 美化打印

先上个例子:

#include <stdio.h>

typedef struct {
 int i ;
 int j;
 char * str;
 int array[10];
} test_type_t;

int main (int argc, char * argv[])
{
  test_type_t t = {1,2,"test a str" ,{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}};
  printf("i:%d,j:%d\n", t.i,t.j);
  return 0;
}

gdb 调试:

(gdb) n
  printf("i:%d,j:%d\n", t.i,t.j);
(gdb) p t
$1 = {i = 1, j = 2, str = 0x400710 "test a str", array = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}}
(gdb) set print pretty
(gdb) p t
$2 = {
  i = 1,
  j = 2,
  str = 0x400710 "test a str",
  array = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
}
(gdb)

set print pretty 通过这个命令可以美化 gdb 的打印,特别是复杂的数据结构,比较推荐. set print array-indexes on 打印数组的下标

这些命令如果记不住怎么办, 类似 linux 启动,会执行些初始化脚本,gdb 也一样,脚本名为: .gdbinit将刚才的两个命令加入进去,就不用每次执行这个命令调试.

二 动态打印

一般情况下,我们用 gdb 调试的时候,先在产生问题的代码的调用逻辑链上设置端点,调试,有时候为了更方便调试,我们会在这些关键地方加上打印语句. 有时候加的打印代码不够全,来回要反复几次. 每次加好打印代码后,需要编译程序,来回折腾几次,确实比较麻烦.

GDB 提供动态打印功能,可以在不修改代码情况下,动态插入打印语句,说的比较抽象,举例说明:

  2 #include <stdio.h>
typedef struct {
 int i ;
 int j;
 char * str;
 int array[10];
} test_type_t;
int main (int argc, char * argv[])
{
  test_type_t t = {1,2,"test a str" ,{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}};
  printf("i:%d,j:%d\n", t.i,t.j);
  for (int k = 0; k <= 10; k++ ) {
      t.array[k] += 10;
  }
  printf("index 0 :%d" ,t.array[0]);
  return 0;
}

上面位置k <= 10; 这一行越界,调试下:

(gdb) dprintf 17,"k:%d,array[k]:%d\n",k,t.array[k]
Dprintf 2 at 0x40067f: file 1.c, line 17.
(gdb) r
Starting program: /test/a.out

Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0x7fffffffe648) at 1.c:13
  test_type_t t = {1,2,"test a str" ,{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}};
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.17-196.el7_4.2.x86_64 libgcc-4.8.5-16.el7_4.2.x86_64 libstdc++-4.8.5-16.el7_4.2.x86_64
(gdb) c
Continuing.
i:1,j:2
k:0,array[k]:1
k:1,array[k]:2
k:2,array[k]:3
k:3,array[k]:4
k:4,array[k]:5
k:5,array[k]:6
k:6,array[k]:7
k:7,array[k]:8
k:8,array[k]:9
k:9,array[k]:10
k:10,array[k]:0
index 0 :11[Inferior 1 (process 150109) exited normally]
(gdb) info b
Num     Type           Disp Enb Address            What
      breakpoint     keep y   0x00000000004005fc in main(int, char**) at 1.c:13
 breakpoint already hit 1 time
      dprintf        keep y   0x000000000040067f in main(int, char**) at 1.c:17
 breakpoint already hit 11 times
        printf "k:%d,array[k]:%d\n",k,t.array[k]

我们通过dprintf 17,"k:%d,array[k]:%d\n",k,t.array[k] 在 17 行动态插入打印语句,然后执行的时候会直接打印出来,17 为行号,后面的语法类似 printf.

动态的语句实际是一个断点(通过 info b 可以看到),只不过这个断点会自动的恢复,这种动态语句是否可以继续在上面设置端点的,答案是不行的,通过 next 执行的时候也执行不到这个语句,只是运行到这里面的时候,可以自动打印变量.

三 断点信息的保存和加载

调试大型程序的时候,往往会设置很多断点,如果需要多次调试,来回敲这些断点信息,也是很烦的,可以通过save breakpoints filename的方法,将断点设置信息保存到filename文件中,GDB 启动后,在通过source filename方式加载:

(gdb) save breakpoints break.bp
Saved to file 'break.bp'.
(gdb) quit
[root@localhost test]# ls
1.c  a.out  break.bp
[root@localhost test]# cat break.bp
break main
dprintf  /test/1.c:17,"k:%d,array[k]:%d\n",k,t.array[k]

加载:

[root@localhost test]# gdb ./a.out
Reading symbols from /test/a.out...done.
(gdb) source break.bp
Breakpoint 1 at 0x4005fc: file 1.c, line 13.
Dprintf 2 at 0x40067f: file 1.c, line 17.
(gdb) info b
Num     Type           Disp Enb Address            What
      breakpoint     keep y   0x00000000004005fc in main(int, char**) at 1.c:13
      dprintf        keep y   0x000000000040067f in main(int, char**) at 1.c:17
        printf "k:%d,array[k]:%d\n",k,t.array[k]

是不是很方便那.

四 宏打印

如下示例代码:

 1 #include <stdio.h>
#define MAX(x,y) (x)>=(y)?(x):(y)
int main(int argc , char * argv[])
{
    char * p = (char*)0x12345;
    printf("max(3,5):%d\n",MAX(3,5));
    printf("print a test str\n");
    *p = 1;
    printf("end\n");
}

如果通过-g选项编译是无法查看宏定义的,可以通过-g3 编译,就可以轻松查看宏定义和宏展开了,如下:

[root@localhost test]# gdb ./2
Reading symbols from /test/2...done.
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x40064c: file 2.c, line 7.
(gdb) r
Starting program: /test/./2

Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0x7fffffffe648) at 2.c:7
    char * p = (char*)0x12345;
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.17-196.el7_4.2.x86_64 libgcc-4.8.5-16.el7_4.2.x86_64 libstdc++-4.8.5-16.el7_4.2.x86_64
(gdb) n
    printf("max(3,5):%d\n",MAX(3,5));
(gdb) p MAX(3,5)
$1 = 5
(gdb) macro expand MAX(3,5)
expands to: (3)>=(5)?(3):(5)

可以直接通过 p 命令打印宏,也可以进行macro expand MAX(3,5)宏展开,调试宏的时候比较有用.

五 gdb 调试界面

gdb 的调试一般是通过 n 执行下一条命令,然后通过 l 查看当前的代码,不够直观,gdb 其实也可以类似 IDE 那样,显示一行行代码执行,简单的直接输入layout 切换布局: 再输入 n 的时候,箭头自动下移一行.

更棒的是可以同时显示源码和汇编,输入layout split

六 Debug 汇编

有时候,比较麻烦的 bug,可以需要反编译为汇编(disassemble /m main),然后调试, 还是如上的例子程序,调试如下,汇编模式常需要看寄存器的值,输入layout regs可以同时展示汇编和寄存器的值: 这个模式下好处,可以通过 n 命令执行一条条看汇编指令.

我还是更喜欢以下的方式调试:

gdb) disassemble /m main
Dump of assembler code for function main(int, char**):
{
   0x000000000040063d <+0>: push   %rbp
   0x000000000040063e <+1>: mov    %rsp,%rbp
   0x0000000000400641 <+4>: sub    $0x20,%rsp
   0x0000000000400645 <+8>: mov    %edi,-0x14(%rbp)
   0x0000000000400648 <+11>: mov    %rsi,-0x20(%rbp)
    char * p = (char*)0x12345;
=> 0x000000000040064c <+15>: movq   $0x12345,-0x8(%rbp)
    printf("max(3,5):%d\n",MAX(3,5));
   0x0000000000400654 <+23>: mov    $0x5,%esi
   0x0000000000400659 <+28>: mov    $0x400720,%edi
   0x000000000040065e <+33>: mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400663 <+38>: callq  0x400510 <printf@plt>
    printf("print a test str\n");
   0x0000000000400668 <+43>: mov    $0x40072d,%edi
   0x000000000040066d <+48>: callq  0x400530 <puts@plt>
    *p = 1;
   0x0000000000400672 <+53>: mov    -0x8(%rbp),%rax
   0x0000000000400676 <+57>: movb   $0x1,(%rax)
    printf("end\n");
   0x0000000000400679 <+60>: mov    $0x40073e,%edi
   0x000000000040067e <+65>: callq  0x400530 <puts@plt>
}
   0x0000000000400683 <+70>: mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400688 <+75>: leaveq
   0x0000000000400689 <+76>: retq

End of assembler dump.
(gdb) ni
    printf("max(3,5):%d\n",MAX(3,5));
(gdb) ni
0x0000000000400659 8     printf("max(3,5):%d\n",MAX(3,5));
(gdb) ni
0x000000000040065e 8     printf("max(3,5):%d\n",MAX(3,5));
(gdb) ni
0x0000000000400663 8     printf("max(3,5):%d\n",MAX(3,5));
(gdb) ni
max(3,5):5
    printf("print a test str\n");
(gdb) ni
0x000000000040066d 9     printf("print a test str\n");
(gdb) ni
print a test str
    *p = 1;
(gdb) info register

通过disassemble /m main 来将源码和汇编一起显示,ni 执行下一条汇编指令. info register来显示汇编信息,core 的位置的指令为: 0x0000000000400676 <+57>: movb $0x1,(%rax) 将 1 赋值给 rax 寄存器保存的地址, 我们可以看下 rax 寄存器,p $rax 直接打印,然后通过x /x 0x12345 来测试下这个地址是否合法,这个地址不是栈的地址,也不是我们申请的堆地址,直接写,就引起的段错误.

七 诗词欣赏

滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。

出自明代[杨慎]

滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。
是非成败转头空。青山依旧在，几度夕阳红。
白发渔樵江渚上，惯看秋月春风。
一壶浊酒喜相逢。古今多少事，都付笑谈中。