【Linux系统】—— 调试器 gdb/cgdb的使用

1 前置准备
2 快速认识 gdb
3 cgdb/gdb 的使用
- 3.1 简单认识 cgdb
- 3.2 打断点 / 删断点
- 3.3 逐过程 / 逐语句
- 3.4 查看变量
- 3.5 快速跳转
4 cgdb/gdb 调试技巧
- 4.1 watch
- 4.2 「set var」确定问题原因
- 4.3 条件断点
5 概念理解
6 gdb/cgdb 指令一览

1 前置准备

程序的发布方式有两种， debug 模式和 release 模式， Linux gcc/g++ 出来的⼆进制程序，默认是 release 模式。
程序要调试，必须是debug模式
要使用 gdb 调试，必须在使用 gcc/g++ 源代码⽣成⼆进制程序的时候，加上「-g」选项，如果没有添加，程序无法被编译

「-g」选项：让最后形成的可执行程序，添加调试信息 —— $d e b ug$ 模式

$ gcc mycmd.c -o mycmd # 默认模式，不⽀持调试
$ file mycmd
mycmd: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically
linked, interpreter /lib64/ld-linux-px86-64.so.2,
BuildID[sha1]=82f5cbaada10a9987d9f325384861a88d278b160, for GNU/Linux
3.2.0, not stripped


$ gcc mycmd.c -o mycmd -g # debug模式
$ file mycmd
mycmd: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically
linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2,
BuildID[sha1]=3d5a2317809ef86c7827e9199cfefa622e3c187f, for GNU/Linux
3.2.0, with debug_info, not stripped

样例代码：


#include <stdio.h>

int Sum(int s, int e)
{
    int result = 0;
    for(int i = s; i <= e; i++)
    {   
        result += i;
    }   
    return result;
} 

int main()
{
    int start = 1;
    int end = 100;
    printf("I will begin\n");
    int n = Sum(start, end);
    printf("running done, result is: [%d-%d]=%d\n", start, end, n); 
    return 0;
}

2 快速认识 gdb

$g d b$ 下载：

sudo apt install -y gdb / sudo yum install -y gdb

进入调试：

gdb 可执行文件

退出调试：

q(quit)

常见选项：

「-q」：安静模式，不打印介绍信息和版本信息

查看源码：

l(list)：查看源程序代码，默认显示 10 行，按回车键继续看余下的。后面可以跟文件名表明要看的指定文件，默认当前文件
l(list) 【指定文件】

注：l(list) 后面加行号，查看指定行号的前后十行

3 cgdb/gdb 的使用

3.1 简单认识 cgdb

看了 $g d b$ 的基础操作，许多小伙伴都会认为 $g d b$ 难用。也难怪，我调试的时候连看个源代码都那么麻烦，我还怎么调试。
为了解决 $g d b$ 难用的问题，可以使用 cgdb 进行调试

$c g d b$ 和 $g d b$ 的命令是一模一样的，但 $c g d b$ 可以给我们动态呈现我们的代码

cgdb下载指令:

Ubuntu: sudo apt-get install -y cgdb
Centos: sudo yum install -y cgdb

cgdb 界面：

3.2 打断点 / 删断点

开始调试(相当于VS：F5)：

r(run)：程序开始运行，遇到断点停止否则运行至结束

程序运行中可以再次按:「r」，从新开始调试( gdb 会出现提示，按 y 即可)

设置断点(相当于VS：F9)：

b(break)：在某行设置断点使用指令： b [行号] / b [指定文件:] [行号] / b [指定文件:][指定函数名]

注：给函数名打断点实际上是给函数的第一句指令打断点

查看断点:

使用指令：info b

显示断点信息对应的含义：

Num：断点编号
Disp：断点执行一次之后是否有效 keep：有效 dis：无效
Enb：当前断点是否有效 y：有效 n：无效
Address：断点内存地址
What：位置

删除断点：

使用指令：d(delete) 断点编号

注：删除断点只能根据断点编号删除，不能根据行号删除

2 号断点被删除后，3 号断点的编号并没有变成 2 号，新增的断点也是从 4 号开始。所以断点编号不会被修改，依次线性递增，除非退出再进入 gdb / cgdb。

禁用断点：
断点是可以被使能的，即用的时候打开，不用的使用关闭（不是删除）
为什么要禁用断点呢？我既然不用了，直接删掉它不就行了吗。每个断点打的位置都是有讲究，可能这次调试你不需要用这断点，便把断点删掉了，但下次再调试就不知道之前这个断点打在哪里了。
正确的做法是将断点使能(使之能或使之不能)，这样的断点的痕迹还在，就能找到历史的调试痕迹

使用指令：

disable 断点编号

注：只有打断点是行号，其他对断点的操作都是断点编号

打开断点：

使用指令：enable 断点编号

3.3 逐过程 / 逐语句

逐过程（相当于VS：F10）

使用指令：n(next)

逐语句（相当于VS：F11）

使用指令：s(step)

注：gdb / cgdb 会自动记录最新的指令，按 “回车” 可以自动执行最新的指令

3.4 查看变量

临时查看变量值

使用指令：p 变量名

常久显示变量值（相当于VS的监视窗口）

使用指令：display 变量名

删除显示的变量名

使用指令：undisplay 常显示的编号

查看当前函数定义的所以临时变量

使用指令：info locals

调用栈帧：

使用指令：bt

Sum的函数栈帧
递归类的程序我们就可以用 bt 来看其调用栈

3.5 快速跳转

运行至下一个断点处（相当于VS：F5）

使用指令：c(continue)

直接执行到当前函数返回处，然后停止

使用指令：finish

跳出当前循环

使用指令：until 行号

until 可以用来跳转至指定行，常用来跳出当前确定没出错的循环。严格意义上不是跳转，而是将循环当前循环跑完了

4 cgdb/gdb 调试技巧

4.1 watch

「watch」可以用来监视变量或者某个表达式的变化，如果监视的表达式在程序运行期间的值发⽣变化，gdb会通知使用者

删除「watch」和删除断点一样，使用「d」指令

「watch」有什么用呢？
最主要的用途是：如果你有⼀些变量不应该修改，但是你怀疑它修改导致了问题，你可以「watch」它，如果变化了，就会通知你

4.2 「set var」确定问题原因

我们故意写个错误代码：我们设置一个标志位 flag，为 1 得到正数 result；-1 得到负的 result，但现在粗心的将 flag 的值设为 0

进入 gdb 利用「set var」调试

所以我们可以用「set var」确定并更改我们出错的原因

4.3 条件断点

int Sum(int s, int e)
{
    int result = 0;
    for(int i = s; i <= e; i++)
    {   
        result += i;
    }   
    return result * flag;
}

上述函数，如果我们想直接看 i = 10 时的各变量值怎么办，即跳过部分循环。
在VS调试中，我们往往是，添加语句 if(i == 10)，并在该语句打断点

int Sum(int s, int e)
{
    int result = 0;
    for(int i = s; i <= e; i++)
    {   
    	if(i == 10)
    		printf("hehe"); //添加语句，并将断点打在该语句上
    		
        result += i;
    }   
    return result * flag;
}

在 gdb 的调试中，我们可以用条件判断来做到

使用指令：b 行号 if 条件

例如：result += i;语句在第12行

删除条件断点的方法同样是用命令：「d」

给已经存在的断点设置条件

使用指令：condition 断点编号条件(注：没有if)

5 概念理解

调试的本质是什么？
调试的本质是帮我们解决问题吗？我们仔细想一想，好像 VS 的调试器、gdb/cgdb 等工具并没有帮我们解决，它们仅仅是给程序员追踪内存、查看变量等，真正去解决问题的还是我们自己。
所以调试的第一件事情就是先找到问题。调试器就是帮我们找到问题的，找到问题后，我们要查看问题代码的上下文做排除，最后才能解决问题。解决问题并不是调试器帮我们解决问题，是我们自己解决问题。

所以，我们用调试器调试时，最核心的就是用调试器找到问题。

gdb 有很多命令是帮我们找到问题的，最核心的就是：

c：通过断点进行分块，以块为单位快速定位区域
finish：确认问题是否在当前函数内
until：局部区域快速执行

如何快速找到问题所在呢？
比如现在有 100 行代码，我们可以分别在第 25 行、50 行、75 行打上断点，这样我们就利用断点完成了代码的分块。让程序直接运行到各个断点处，就能知道是哪一块代码出现问题了。
在工程项目中，往往几十上百万行代码，又如何利用断点快速找到问题的根源呢？
我们可以现在项目的中间处打个断点，看问题出现那个部分；再在出问题部分的中间打个断点……以此类推，用二分查找的方式快速找到问题所在

断点的本质是什么？
断点的本质是对代码进行切块，以块为单位快速定位问题区

6 gdb/cgdb 指令一览

命令	作用	样例
list/l	显示源代码，从上次位置开始，每次列出10行	list / l 10
list/l 函数名	列出指定函数的源代码	list / l main
list / l 文件名：行号	列出制定文件的源代码	list / l mycode.c:1
r / run	从程序开始连续执行	run / r
n / next	单步执行，不进入函数内部	n / next
s / step	单步执行，进入函数内部	s/ step
break / b [文件名:]行号	在指定行号设置断点	break 10 / break test.c : 10
break / b 函数名	在函数开头设置断点	break main
info break / b	查看当前所有断点的信息	info break / b
finish	执行到当前函数返回，然后停止	finish
print / p 表达式	打印表达式的值	print start+end
p 变量	打印制定变量的值	p x
set var 变量 = 值	修改变量的值	set var i = 10
continue / c	从当前位置开始连续执行程序	continue
delete / d breakpoints	删除所有断点	delete breakpoints
delete / d n	删除序号为 n 的断点	delete / d 1
disable breakpoints	禁用所有断点	disable breakpoints
enable breakpoints	启用所有断点	enable breakpoints
info / i breakpoints	查看当前设置的断点列表	indo breakpoints
display 变量名	跟踪显示制定变量的值（每次停止时）	display x
undisplay 编号	取消对指定变量的跟踪显示	undisplay 1
until 行号	执行到指定行号	until 20
backtrace / bt	查看当前执行栈的各级函数调用及参数	backtrace / bt
info/i locals	查看当前栈帧局部变量值	info locals
quit	退出gdb调试器	quit