Linux 应用开发

gdb 简介

gdb 是 UNIX 及 UNIX-like 下的调试工具，在 Linux 下一般都直接在命令行中用 gdb 来调试程序，相比 Windows 上的集成开发环境 IDE 提供的图形界面调试，一开始使用 gdb 调试可能会让你感到生无可恋，但是只要熟悉了 gdb 调试的常用命令，调试出程序会很有成就感，一方面因为这些命令就类似图形界面调试按钮背后的逻辑，另一方面用命令行来调试程序，逼格瞬间就上了一个档次，这次就跟大家分享 gdb 调试的基本技术和 15 个常用调试命令。

在此之前，我们先来回顾下在 Windows 上使用 IDE 的图形界面调试过程。

IDE 的调试步骤

在 Windows 的 IDE 下调试程序，例如使用 VS，一般都有下面这几个操作：
1. Debug 模式编译并启动程序
2. 程序运行出错，打断点分析出错的地方
3. 单步运行程序，包括：step over 单步执行；step into 跳入函数；step return 跳出函数
4. 还有全速运行，打印或者监视变量，冻结或解冻线程等调试技术

在 IDE 中上面的这些步骤一般都有固定的按钮提供给我们使用，非常的简单方便，我们只要多练习练习，在图形界面调试程序不会很难，但是在 Linux 下用命令来调试程序就比图形界面要复杂很多了。

其实，你知道真正的调试高手是什么样的吗？就是 Ta 对计算机原理和程序本身的逻辑理解非常深刻，在 Ta 的脑海中已经可以模拟程序的运行过程，并且知道可能出错的地方，这样连断点都不用打了，而且 Bug 的命中率也不低，或许这就是真正的大佬吧 :)

我们回到正题，来介绍在 Linux 使用命令行的调试过程。

gdb 的调试步骤

在 Linux 下既然是使用命令行来调试，顾名思义就是手敲命令来调试程序，大体分为下面几个步骤，后面会详细介绍：
1. 编译可以调试的程序
2. 运行程序，打断点
3. 单步调试，监控变量
4. 可视化调试
5. 其他调试技术

可以看出，与 IDE 调试过程差不多，但是实际操作起来可是千差万别，可不是点按钮了，而是自己敲调试程序的命令，就相当于你正在学习那些调试按钮背后的原理，把这种方法学会，不用学就会使用 IDE 来调试程序，不管你信不信，我反正是信了 :)

下面开始正式的调试技术介绍。

15 个 gdb 调试基础命令

下面来正式介绍 gdb 常用的调试技术，都是调试命令，只看不做比较乏味，还是建议你跟我一起动手调试下面的程序，这样才能真正的学会，这是本次要调试的 hello.c 程序，非常简单：

#include <stdio.h>int add(int x, int y) {    return x + y;}int main() {    int a = 1;    int b = 2;    printf("a = %d\n", a);    printf("b = %d\n", b);    int c = add(a, b);    printf("%d + %d = %d\n", a, b, c);    return 0;}

1. 编译可以调试的程序

我们平常使用 gcc 编译的程序如果不加 [-g] 选项：

gcc hello.c -o hello

gdb 会提示该可执行文件没有调试符号，不能调试：

gdb hello# gdb 提示信息Reading symbols from a.out...(no debugging symbols found)...done.

如果需要让程序可以调试，就必须在编译的时候加上 [-g] 参数：

gcc -g hello.c -o hello

2. 载入要调试的程序

我们在命令行下需要手动载入待调试的程序，有 2 种方法：

方法一 - gdb 可执行文件

使用如下的命令来载入可执行文件 hello 到 gdb 中：

gdb hello

载入成功，gdb 会打印一段提示信息，并且命令行前缀变为 (gdb)，下面是我的 Ubuntu 打印的信息：

GNU gdb (Ubuntu 7.11.90.20161005-0ubuntu1) 7.11.90.20161005-gitCopyright (C) 2016 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>This is free software: you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"and "show warranty" for details.This GDB was configured as "x86_64-linux-gnu".Type "show configuration" for configuration details.For bug reporting instructions, please see:<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.Find the GDB manual and other documentation resources online at:<http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.For help, type "help".Type "apropos word" to search for commands related to "word"...Reading symbols from hello...done.(gdb) q

注：按 q 退出 gdb

方法二 - 使用 gdb 提供的 file 命令

第二种方法是在 gdb 环境中使用 file 命令，我们需要先进入 gdb 环境下：

gdb

使用 file hello 载入待调试程序：

...(gdb) file helloReading symbols from hello...done.(gdb) q

3. 查看调试程序

在 gdb 下查看调试程序使用命令 list 或简写 l，「回车」列出后面程序：

(gdb) list1   #include <stdio.h>2   3   int add(int x, int y) {4       return x + y;5   }6   7   8   int main() {9       int a = 1;10      int b = 2;(gdb) 11      printf("a = %d\n", a);12      printf("b = %d\n", b);13      14      int c = add(a, b);15      printf("%d + %d = %d\n", a, b, c);16      return 0;17  }

4. 添加断点

在 gdb 下添加断点使用命令 break 或简写 b，有下面几个常见用法（这里统一用 b）：
1. b function_name
2. b row_num
3. b file_name:row_num
4. b row_num if condition

比如我们以第一个为例，在 main 函数上添加断点：

(gdb) b mainBreakpoint 1 at 0x6e8: file hello.c, line 4.

打印的信息告诉我们在 hello.c 文件的第 4 行，地址 0x6e8 处添加了一个断点，那如何查看断点呢？

5. 查看断点

在 gdb 下查看断点使用命令 info break 或简写 i b，比如查看刚才打的断点：

(gdb) i bNum     Type           Disp Enb Address            What1       breakpoint     keep y   0x00000000000006e8 in main at hello.c:4

可以看到打印出刚才添加的 main 函数的断点信息：编号，类型，显示状态，是否启用，地址，其他信息，那又如何删除这个断点呢？

6. 禁用断点

在 gdb 下禁用断点使用命令 disable Num，比如禁用刚才打的断点：

(gdb) disable 1(gdb) i bNum     Type           Disp Enb Address            What1       breakpoint     keep n   0x00000000000006e8 in main at hello.c:4

可以看到字段「Enb」已经变为 n，表示这个断点已经被禁用了。

7. 删除断点

在 gdb 下删除断点使用命令 delete 断点 Num 或简写 d Num，比如删除刚才的 Num = 1 的断点：

(gdb) d 1(gdb) i bNo breakpoints or watchpoints.

删除后再次查看断点，提示当前没有断点，说明删除成功啦，下面来运行程序试试。

8. 运行程序

在 gdb 下使用命令 run 或简写 r 来运行当前载入的程序：

(gdb) rStarting program: /home/orange/Desktop/gdb/hello a = 1b = 21 + 2 = 3[Inferior 1 (process 10415) exited normally]

我这次没有添加断点，程序全速运行，然后正常退出了。

9. 单步执行下一步

在 gdb 下使用命令 next 或简写 n 来单步执行下一步，假设我们在 main 打了断点：

(gdb) b mainBreakpoint 1 at 0x6e8: file hello.c, line 4.(gdb) rStarting program: /home/orange/Desktop/gdb/hello Breakpoint 1, main () at hello.c:44       int a = 1;(gdb) n5       printf("a = %d\n", a);

可以看到当前停在 int a = 1; 这一行，按 n 执行了下一句代码 printf("a = %d\n", a);

10. 跳入，跳出函数

在 gdb 下使用命令 step 或简写 s 来跳入一个函数，使用 finish 来跳出一个函数，我们在第 14 行 int c = add(a, b); 添加一个断点：

(gdb) b 14Breakpoint 1 at 0x6f6: file hello.c, line 14.(gdb) rStarting program: /home/orange/Desktop/gdb/hello a = 1b = 2Breakpoint 1, main () at hello.c:1414      int c = add(a, b);(gdb) sadd (x=1, y=2) at hello.c:44       return x + y;(gdb) finishRun till exit from #0  add (x=1, y=2) at hello.c:40x0000555555554705 in main () at hello.c:1414      int c = add(a, b);Value returned is $1 = 3(gdb) n15      printf("%d + %d = %d\n", a, b, c);

这个过程是这样的：
1. 在 14 行 int c = add(a, b); 添加断点
2. 程序运行并停到 int c = add(a, b); 这一行
3. s 跳入 add 函数
4. finish 跳出 add 函数，并输出一些函数返回的信息

11. 打印变量

在 gdb 中使用命令 print var 或简写 p var 来打印一个变量或者函数的返回值，我们在第 10 行 int b = 2; 添加一个断点：

(gdb) b 10Breakpoint 1 at 0x6c3: file hello.c, line 10.(gdb) rStarting program: /home/orange/Desktop/gdb/hello Breakpoint 1, main () at hello.c:1010      int b = 2;(gdb) p a$1 = 1

我们打印出变量 a 的值为 1，在调试中比较频繁的操作是「监视变量」，在 gdb 中如何做呢？

12. 监控变量

在 gdb 中使用命令 watch var 来监控一个变量，使用 info watch 来查看监控的变量，我们这里来监控变量 c：

(gdb) b 14Breakpoint 1 at 0x6f6: file hello.c, line 14.(gdb) rStarting program: /home/orange/Desktop/gdb/hello a = 1b = 2Breakpoint 1, main () at hello.c:1414      int c = add(a, b);(gdb) watch cHardware watchpoint 2: c(gdb) info watchNum     Type           Disp Enb Address            What2       hw watchpoint  keep y                      c

注意：程序必须要先运行才能监控。

13. 查看变量类型

在 gdb 下使用命令 whatis 查看一个变量的类型：

(gdb) b 10Breakpoint 1 at 0x6c3: file hello.c, line 10.(gdb) rStarting program: /home/orange/Desktop/gdb/hello Breakpoint 1, main () at hello.c:1010      int b = 2;(gdb) whatis btype = int

这里变量 b 是 int 类型。

14. 在 gdb 中进入 shell

在 gdb 下使用命令 shell 启动 shell ：

(gdb) shellorange@ubuntu:~/Desktop/gdb$ exitexit(gdb) 

使用 exit 会再次退回到 gdb 中。

15. 在 gdb 中实现可视化调试

谁说 gdb 只能在命令行调试呢？gdb 也支持「图形界面」，不过这里的图形界面都是用字符显示的，当然不如 VS 那种好看，不过使用可视化相比直接看命令行更加直观了。

在 gdb 下使用 wi 启动可视化调试：

(gdb) wi

效果如下图所示，上面是代码效果，下面是命令界面：

有了图形界面，就再对照着图形界面将前面的命令再练习练习，看看自己手敲的命令背后到底做了些什么，加深下影响。

结语

这篇博客主要介绍了 gdb 基本的调试技术，一篇文章不可能面面俱到，还有很多命令没有介绍，如果你有兴趣的话，这里还有一份比较好的 gdb 快速学习指南 送给爱学习的你，不用客气，叫我雷锋就好。

最后，感谢你的阅读，我们下次再见 :)

本文首发于我的微信公众号 CDeveloper，坚持技术原创，只说真话！