Linux C/C++ 调试的那些“歪门邪道”

news2024/10/1 2:17:48

无数次被问道：你在终端下怎么调试更高效？或者怎么在 Vim 里调试？好吧，今天统一回答下，我从来不在 vim 里调试，因为它还不成熟。那除了命令行 GDB 裸奔以外，终端下还有没有更高效的方法？能够让我事半功倍？

当然有，选择恰当的工具和方法，让 GDB 调试效率成倍的提升并没有任何问题。当然，前提条件是你至少会在使用最原始的 GDB。

裸奔状态：原始的 GDB 命令行

穿上各种衣服前，至少得先学会裸奔，找份简单的 GDB cheat sheet 对照一下：

 

生产环境中出现崩溃时，因线上服务器一般没有开发环境，也无配套源代码，所以程序崩溃后，如果你懒得把 core 文件拖回到开发机检查，可以先在线上服务器先简单gdb看一下。

GDB命令密密麻麻，常用的也就表格上那几条，比如进去以后第一步先用 bt 查看一下调用栈，info local查看一下本地变量，再配合 up/down 在整个调用栈的不同层次之间上下移动一下，检查各处局部变量的值，print 一下某个表达式，即便没代码，看下符号和反汇编，一般也能调试个七七八八。

碰到复杂点的 BUG，必须配合源代码了，那你得把 core 文件拉到开发环境中，再用 gdb 对照源代码调试，配合 list [行号] 指令查看当前运行的源代码，再配合其他方法进行调试。

那么这时候，如果调试复杂度继续上升，你需要不断的断点，每次 next / step 单步完后你都需要 list 一下前后源代码，或者用 disassemble [函数名/地址] 查看一下指令的话，不少人会感觉到抓狂，这时我们需要给裸奔的 GDB 穿条内裤了。

穿上内裤的 GDB - TUI

这是 gdb 自带的文本界面，使用 gdb -tui 命令启动，比如：

gdb -tui hello

即可打开我们的文本界面：

上方是源代码窗口，下面是 gdb 终端，窗口管理快捷键模仿 emacs，使用 c-x o 进行窗口切换，如果你还想查看指令窗口，可以输入：layout split

 

然后你单步的时候上面的源代码窗口会跟着滚动，比之前不停的 list 方便不少吧，要看前后源代码可以继续 c-x o 切换窗口后上下滚动。

有时候你 up/down 切换了栈帧后，上面的代码也许来不及更新，那么你用 update 指令，让上面的代码窗口定位到你最新的执行位置，有时也需要 CTRL-L 重绘下整个界面。

在 gdb 自带的 tui 模式中，你不但可以随时查看代码/指令，还可以查看寄存器。好吧，其实 gdb再简陋，本身还是配套了一条内裤的，只是很多人忘记拿出来穿了。

穿上内衣：gdbinit

如果上述文本 TUI的信息不够丰富的话，也许你会对 .gdbinit 感兴趣，~/.gdbinit 是一个 gdb配置脚本，可以设定一些由 python 编写的插件，比如 peda：

在 ~/.gdbinit 上面配置了 peda 后，可以看到命令提示符就从 (gdb) 变成了 gdb-peda$ 。每敲一个单步命令，peda 都会显示出无比丰富的信息，你还可以配置添加更多，配合高亮，你可以得到一个加强版的命令行。

不过这个我用的并不多，因为它会影响 TUI 模式的界面，我不喜欢在我的 gdb 里搞太多乱七八糟的东西。同时，当我们的调试需求继续变得更加复杂，你要不停的断点，频繁的单步，这些传统命令行里不停的输入各种指令显然已经让我们疲惫不堪了，能否直接在界面上查看源代码并且直接在代码上快捷键断点，快捷键单步呢？

可以啊，试试 cgdb。

穿上外套的 GDB：cgdb

CGDB 类似 gdb tui 分为终端窗口和代码窗口：

上面的代码窗口称为 cgdb mode, 下面的 gdb 窗口称为 gdb mode，调试就是不停的在两种模式间切换，按键模仿 vim，按 ESC 切换回 cgdb 模式，按 i 切换到 gdb 模式。

这看起来和 TUI gdb 差不多啊？除了语法高亮外它比 gdb tui 高效在哪里呢？答案是：大部分操作皆可在 cgdb mode 下（即源代码窗口）用快捷键操作。

方向键 或者 hjkl 移动光标，page-down/up 或 c-f / c-b 前后翻页，按 o键会列出当前可执行文件的源代码列表，可以切换查看其他相关代码文件，按 / 或者 ？可以进行文档搜索。

上面这些快捷键基本和 vim 对应，能让你方便的浏览源代码，同时在代码窗口可以用空格键来切换断点，还有其他一些快捷键：

  • F5 - Send a run command to GDB.

  • F6 - Send a continue command to GDB.

  • F7 - Send a finish command to GDB.

  • F8 - Send a next command to GDB.

  • F10 - Send a step command to GDB.

更多快捷键见【这里】，这下单步和断点比原来轻松多啦，你基本可以呆在源代码窗口里不出来，大部分时候不用再到 gdb 命令行里一条条 next/step 的输入了。

编辑一下 ~/.cgdb/cgdbrc ，简单调教下使用更方便：

set ignorecase
set ts=4
set wso=vertical
set eld=shortarrow
set hls
map <F9> :until<cr>

这里大概设置了搜索大小写不敏感，tab 大小，分屏方式（默认改为左右分屏），搜索高亮，以及加了一个 F9 的快捷键，用于跳出循环（默认没有这个快捷键）：

现在大家都是宽屏显示器了，默认改成左右分屏（要 cgdb 7.0才支持）舒服不少。

cgdb 还有更多功能，比如没有源文件时可以查看汇编，或者交叉查看源代码和汇编，设置 mark 等等，具体见它的官方文档吧。

这个小工具能将你从大量 gdb 命令行中解脱出来，配置文件还可以让你按喜好绑定各种命令到快捷键上。

穿戴整齐：Emacs GDB

CGDB 虽然大部分操作可以用快捷键进行，但是仍然有不少时候需要切换回右边的 gdb mode 中去敲命令，比如当你需要每单步一次就用 info local 查看一下局部变量或者 print 一下某个全局变量的值的时候，频繁的左右切换会让你疲于奔命。

所有在调试一些相对复杂的问题时，上面这些工具 hold 不住了，作用平时 Vim 写代码的人，我也从不拒绝用 emacs 的 gdb mode 来调试一些复杂问题，毫无疑问 emacs 是目前终端下最强的 GDB 前端。

从来没用过 emacs 都没关系，只要安装一个 emacs 记得下面几条命令就可以调试了：

  • 切换文件：c-x c-f （先按 ctrl_x 再按 ctrl_f），输入文件名时可以用 tab 补全

  • 移动光标：方向键，或者 c-f, c-b, c-p, c-n；翻页 pgup/down 或者 c-v / m-v

  • 切换缓存：c-x b 切换当前窗口里的缓存，c-x c-b 打开新窗口切换缓存。

  • 窗口操作：c-x o 窗口切换，c-x 2 / c-x 3 上下/左右分屏，c-x 0 / c-x 1 关闭 / 独占

  • 输入命令：m-x （按 ALT_x）输入命令可以用 tab 补全，c-g 退出命令输入。

当然，别忘记退出命令是 c-x c-c，这就够了，首先我们启动 emacs：

按下 m-x （alt+x），提示输入命令（如果终端软件 alt 键不灵，那可以设置一下终端软件，或者一秒内先按 ESC，再按 x键，在 xterm 终端下是等价的），键入 “gdb”敲回车：

下面会问你怎么运行gdb，输入gdb的 shell 启动命令行回车后开始 gdb 模式：

看到这里也许你会问，这和直接命令行 gdb 有区别么？别急，继续 m-x 输入命令：

gdb-many-windows

马上满足你：

左上是 GDB 终端，从上到下分别是：GDB终端，本地变量监控，源代码，程序输出，栈帧，断点列表。

当然你可以接着在 gdb 终端里输入你想要的指令，但大部分时候我们会在源代码窗口工作，使用 c-x o 将窗口定位到源代码窗口，使用下面命令或者对应快捷键进行操作：

这些 gud- 开头的命令都是 emacs gdb-mode 下通用调试器的操作命令，他们和 gdb 命令一一对应，可以用 m-x 输入这些命令，还可以直接用快捷键操作。

如果你想把某个窗口替换成反汇编或者寄存器的监控，那么可以用 m-x 输入：

gdb-display-disassembly-buffer

那么其中一个窗口就会被切换成反汇编窗口：

左上角的 gdb 终端被切换成反汇编窗口了，看完后记得 c-x b 切换回 gdb 控制台，如果你要避免某个窗口被切换走可以搜索 emacs 的 dedicated window。再者，我们可以自己用窗口管理快捷键按照我们的喜好拆分布局：

比如重新拆分了一下，把 gdb 终端挪到右边，输出窗口下面，把原来显示 gdb 终端的地方显示为反汇编。基本上你在 IDE 上见得到的调试手段，在 emacs 中都可以操作，并且 emacs 还可以在 Windows 下用 gdb 调试 mingw 的程序。

那么也许你会抱怨 emacs 下操作是在太麻烦了，没关系，稍微调教一下即可。

调教 emacs gdb-mode

打开 ~/.emacs （windows下是 ~/_emacs）文件，输入如下内容：

(global-set-key [M-left] 'windmove-left)
(global-set-key [M-right] 'windmove-right)
(global-set-key [M-up] 'windmove-up)
(global-set-key [M-down] 'windmove-down)

(global-set-key [f5] 'gud-run)
(global-set-key [S-f5] 'gud-cont)
(global-set-key [f6] 'gud-jump)
(global-set-key [S-f6] 'gud-print)
(global-set-key [f7] 'gud-step)
(global-set-key [f8] 'gud-next)
(global-set-key [S-f7] 'gud-stepi)
(global-set-key [S-f8] 'gud-nexti)
(global-set-key [f9] 'gud-break)
(global-set-key [S-f9] 'gud-remove)
(global-set-key [f10] 'gud-until)
(global-set-key [S-f10] 'gud-finish)

(global-set-key [f4] 'gud-up)
(global-set-key [S-f4] 'gud-down)

(setq gdb-many-windows t)

解释一下，最上面设定了 ALT + 方向键就可以在窗口中跳转，如果你终端 alt+方向不灵的话可以改成 C-left, C-right 等用 ctrl + 方向键移动窗口，后面设定了一些常用命令的快捷。

最后设置了默认打开 gdb-many-windows，最好增加下面一段，允许鼠标操作：

(require 'xt-mouse)
(xterm-mouse-mode)
(require 'mouse)
(xterm-mouse-mode t)
(defun track-mouse (e))

(setq mouse-wheel-follow-mouse 't)

(defvar alternating-scroll-down-next t)
(defvar alternating-scroll-up-next t)

(defun alternating-scroll-down-line ()
  (interactive "@")
    (when alternating-scroll-down-next
      (scroll-down-line))
    (setq alternating-scroll-down-next (not alternating-scroll-down-next)))

(defun alternating-scroll-up-line ()
  (interactive "@")
    (when alternating-scroll-up-next
      (scroll-up-line))
    (setq alternating-scroll-up-next (not alternating-scroll-up-next)))

(global-set-key (kbd "<mouse-4>") 'alternating-scroll-down-line)
(global-set-key (kbd "<mouse-5>") 'alternating-scroll-up-line)

这下 xterm 下你可以自用的用鼠标点击切换窗口，点击按钮，用滚轮上下查看源代码了：

这下自由多了，ALT+方向或者鼠标点击，直接窗口跳转，并且用下面的命令操作：

  • F5 - 运行，Shift + F5 - 继续

  • F7/F8 代码级单步， 以及 Shift-F7/F8 指令级单步

  • F9 - 设置断点，Shift-F9 删除断点

  • F10 - 跳出循环，Shift-F10 跳出函数

  • F4 - 移动到上一个调用栈帧，Shift-F4移动到下一个

右上角的本地变量窗口上面有两个按钮，可以鼠标点击切换显示本地变量还是寄存器。右下角的也有两个按钮切换显示断点还是线程。最上面绿色部分的按钮也可以直接鼠标点击。

终于比我们最初的版本好用多了，如果你喜欢折腾的话，你还可以定制 gdb-many-windows 的初始格局，比如更复杂的：

彻底满足你各种复杂的调试需求，这里不展开了，有兴趣见【这篇文章】。

最后每次调试时打开 emacs, m-x输入 gdb 再键入文件名很麻烦？我们调教一下 .bashrc：

gdbtool () { emacs --eval "(gdb \"gdb --annotate=3 -i=mi $*\")";}

好了，终端下我们对要调试的程序只需要输入：

$ gdbtool hello

就能自动打开 emacs 并且切换到 gdb-mode 下面，展开我们的多窗口，开始调试了，是不是很愉快？

我平时调试没环境会先使用 gdb-tui 先看看，有环境或者问题复杂了我会打开 emacs 来调试。后来

@zpan

给我介绍了 cgdb 以后，gdb-tui 就退役了，无环境先用 cgdb 看个大概，碰到复杂问题打开 emacs，经过一番调教，十分顺手。

让 GDB 变得更性感一些

其实到 emacs 已经差不多了，但如果你实在记不住这有限的几个快捷键或者 gdb 命令，那么还可以尝试一下 gdbgui：

python 开发的基于浏览器的 GDB 前端，pip 安装一下即可，使用时：

gdbgui --host 0.0.0.0 hello

就会监听本地 5000 端口，这时我们可以用浏览器打开服务器上的地址完全用鼠标进行调试。

中间是程序代码，下面是 GDB终端，上面可以切换源代码，可以控制运行/继续/单步等。右边可以实时查看：本地变量，调用栈帧，内存地址，断点，线程 等等。

比如上面的调用栈和线程查看，以及下面的自定义结构体查询：

还能可视化查询数据结构：

鼠标点击代码左边就可以设置/删除断点，点击上面的按钮就能切换显示汇编代码。基本上把 GDB的主要功能都用可视化的方式，现代的网页界面展示在你的面前，不需要记住任何快捷键，鼠标点点点就可以了。

同时，这个 gdbgui 还支持 Windows 下的 gdb 调试。目前 gdbgui 还在活跃的开发中，作为最漂亮的 gdb 前端，相信它会越来越强大。

回顾一下

好了我们经历了从最开始 gdb 的命令行裸奔状态到终端下最完善的调试环境 emacs gdb-mode，再到性感的 gdbgui。GDB 的好处就在于对内可以引入各种插件，对外可以提供各种接口，自己做好调试的事情，前端界面可以完全交给其他程序来主导，不管是本地还是远程，所以才会有了各种各样丰富的 GDB Front End，还有各种远程 GDB 工具。

它不会限制你说你只能这样调试，或者你只有唯一的一种 UI可以操作，所以 GDB 的组合方式千千万万，用不着一谈 GDB 就觉得只有原始的敲命令一种用法，对吧？上面么多用法，随便选两样，花不了半小时，即可让你终端下的调试工作加快不少。

  【公众号】：奇牛编程

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