在 Linux 中如何使用 gdb 调试 C 程序

简介:

无论多么有经验的程序员,开发的任何软件都不可能完全没有 bug。因此,排查及修复 bug 成为软件开发周期中最重要的任务之一。有许多办法可以排查 bug(测试、代码自审等等),但是还有一些专用软件(称为调试器)可以帮助准确定位问题的所在,以便进行修复。

如果你是 C/C++ 程序员,或者使用 Fortran 和 Modula-2 编程语言开发软件,那么你将会很乐意知道有这么一款优秀的调试器 - GDB - 可以帮你更轻松地调试代码 bug 以及其它问题。在这篇文章中,我们将讨论一下 GDB 调试器的基础知识,包括它提供的一些有用的功能/选项。

在我们开始之前,值得一提的是,文章中的所有说明和示例都已经在 Ubuntu 14.04 LTS 中测试过。教程中的示例代码都是 C 语言写的;使用的 shell 为 bash(4.3.11);GDB 版本为 7.7.1。

GDB 调试器基础

通俗的讲,GDB 可以让你看到程序在执行过程时的内部流程,并帮你明确问题的所在。我们将在下一节通过一个有效的示例来讨论 GDB 调试器的用法,但在此之前,我们先来探讨一些之后对你有帮助的基本要点。

首先,为了能够顺利使用类似 GDB 这样的调试器,你必须以指定的方式编译程序,让编译器产生调试器所需的调试信息。例如,在使用 gcc 编译器(我们将在本教程之后的章节用它来编译 C 程序示例)编译代码的时候,你需要使用 -g 命令行选项。

想要了解 gcc 编译器手册页中关于 -g 命令行选项相关的内容,请看这里

下一步,确保在你的系统中已经安装 GDB 调试器。如果没有安装,而且你使用的是基于 Debian 的系统(如 Ubuntu),那么你就可以使用以下命令轻松安装该工具:

 
  1. sudo apt-get install gdb

在其他发行版上的安装方法,请看这里

现在,当你按照上述的方式编译完程序(gcc -g 命令行选项),同时也已经安装好 GDB 调试器,那么你就可以使用以下命令让程序在调试模式中运行:

 
  1. gdb [可执行程序的名称]

这样做会初始化 GDB 调试器,但你的可执行程序此时还不会被启动。在这个时候你就可以定义调试相关的设置。例如,你可以在特定行或函数中设置一个断点让 GDB 在该行暂停程序的执行。

接着,为了启动你的程序,你必须输入执行以下 gdb 命令:

 
  1. run

在这里,值得一提的是,如果你的程序需要一些命令行参数,那么你可以在这里指定这些参数。例如:

 
  1. run [参数]

GDB 提供了很多有用的命令,在调试的时候总是能派的上用场。我们将在下一节讨论其中一部分命令。

GDB 调试器用例

现在我们对 GDB 及其用法有了基本的概念。因此,让我们举例来应用所学的知识。这是一段示例代码:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int out = 0, tot = 0, cnt = 0;
  5. int val[] = {5, 54, 76, 91, 35, 27, 45, 15, 99, 0};
  6. while(cnt < 10)
  7. {
  8. out = val[cnt];
  9. tot = tot + 0xffffffff/out;
  10. cnt++;
  11. }
  12. printf("\n Total = [%d]\n", tot);
  13. return 0;
  14. }

简单说明一下这段代码要做什么事。获取 val 数组中每一个值,将其赋值给 out 变量,然后将 tot之前的值与 0xffffffff/out 的结果值累加,赋值给 tot 变量。

这里遇到的问题是,当执行这段代码编译后的可执行程序时,产生以下错误:

 
  1. $ ./gdb-test
  2. Floating point exception (core dumped)

因此,要调试这段代码,第一步是使用 -g 选项编译程序。命令如下:

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

接着,让我们运行 GDB 调试器并指定要调试的可执行程序。命令如下:

 
  1. gdb ./gdb-test

现在,我刚才得到的错误是 Floating point exception,大部分人可能已经知道,这是因为 n % x,当 x 为 0 时导致的错误。所以,考虑到这一点,我在 11 行代码除法运算的位置处添加了一个断点。如下:

 
  1. (gdb)&;break 11

注意 (gdb) 是调试器的提示信息,我只输入了 break 11 命令。

现在,让 GDB 开始运行程序:

run

当断点第一次被命中时,GDB 显示如下输出:

Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:11
11 tot = tot + 0xffffffff/out;
(gdb)

正如你所看到的那样,调试器会显示断点所在的行代码。现在,让我们打印出此时 out 的值。如下:

 
  1. (gdb) print out
  2. $1 = 5
  3. (gdb)

如上所示,值 5 被打印出来了。这个时候一切都还是正常的。让调试器继续执行程序直到命中下一个断点,可以通过使用 c 命令来完成:

 
  1. c

重复上述操作,直到 out 值变为 0 时。

 
  1. ...
  2. ...
  3. ...
  4. Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:11
  5. 11 tot = tot + 0xffffffff/out;
  6. (gdb) print out
  7. $2 = 99
  8. (gdb) c
  9. Continuing.
  10. Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:11
  11. 11 tot = tot + 0xffffffff/out;
  12. (gdb) print out
  13. $3 = 0
  14. (gdb)

现在,为了进一步确认问题,我使用 GDB 的 s(或 step) 命令代替 c 命令。因为,我只想让当前程序在第 11 行之后暂停,再一步步执行,看看这个时候是否会发生崩溃。

以下是执行之后输出信息:

 
  1. (gdb) s
  2. Program received signal SIGFPE, Arithmetic exception.
  3. 0x080484aa in main () at gdb-test.c:11
  4. 11 tot = tot + 0xffffffff/out;

是的,如上输出的第一行内容所示,这就是抛出异常的地方。当我再次尝试运行 s 命令时,问题最终也得到了确认:

 
  1. (gdb) s
  2. Program terminated with signal SIGFPE, Arithmetic exception.
  3. The program no longer exists.

通过这种方式,你就可以使用 GDB 调试你的程序。

总结

GDB 提供了很多功能供用户研究和使用,在这里,我们仅仅只介绍了很少一部分内容。通过 GDB 的手册页可以进一步了解这个工具,当你在调试代码的时候,尝试使用一下它。GDB 调试器有一定的学习难度,但是它很值得你下功夫学习。

原文发布时间为:2017-02-04

本文来自云栖社区合作伙伴“Linux中国”

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