用GDB调试程序【二】

转载自：http://blog.csdn.net/xjtuse_mal/article/details/1429297

四、源代码的内存

你可以使用info line命令来查看源代码在内存中的地址。info line后面可以跟“行号”，“函数名”，“文件名:行号”，“文件名:函数名”，这个命令会打印出所指定的源码在运行时的内存地址，如：

        (gdb) info line tst.c:func
        Line 5 of "tst.c" starts at address 0x8048456 <func+6> and ends at 0x804845d <func+13>.

还有一个命令（disassemble）你可以查看源程序的当前执行时的机器码，这个命令会把目前内存中的指令dump出来。如下面的示例表示查看函数func的汇编代码。

        (gdb) disassemble func
        Dump of assembler code for function func:
        0x8048450 <func>:       push   %ebp
        0x8048451 <func+1>:     mov    %esp,%ebp
        0x8048453 <func+3>:     sub    $0x18,%esp
        0x8048456 <func+6>:     movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)
        0x804845d <func+13>:    movl   $0x1,0xfffffff8(%ebp)
        0x8048464 <func+20>:    mov    0xfffffff8(%ebp),%eax
        0x8048467 <func+23>:    cmp    0x8(%ebp),%eax
        0x804846a <func+26>:    jle    0x8048470 <func+32>
        0x804846c <func+28>:    jmp    0x8048480 <func+48>
        0x804846e <func+30>:    mov    %esi,%esi
        0x8048470 <func+32>:    mov    0xfffffff8(%ebp),%eax
        0x8048473 <func+35>:    add    %eax,0xfffffffc(%ebp)
        0x8048476 <func+38>:    incl   0xfffffff8(%ebp)
        0x8048479 <func+41>:    jmp    0x8048464 <func+20>
        0x804847b <func+43>:    nop
        0x804847c <func+44>:    lea    0x0(%esi,1),%esi
        0x8048480 <func+48>:    mov    0xfffffffc(%ebp),%edx
        0x8048483 <func+51>:    mov    %edx,%eax
        0x8048485 <func+53>:    jmp    0x8048487 <func+55>
        0x8048487 <func+55>:    mov    %ebp,%esp
        0x8048489 <func+57>:    pop    %ebp
        0x804848a <func+58>:    ret
        End of assembler dump.

查看运行时数据
———————
    
    在你调试程序时，当程序被停住时，你可以使用print命令（简写命令为p），或是同义命令inspect来查看当前程序的运行数据。print命令的格式是：
    
    print <expr>
    print /<f> <expr>
        <expr>是表达式，是你所调试的程序的语言的表达式（GDB可以调试多种编程语言），<f>是输出的格式，比如，如果要把表达式按16进制的格式输出，那么就是/x。
        
    
一、表达式

    print和许多GDB的命令一样，可以接受一个表达式，GDB会根据当前的程序运行的数据来计算这个表达式，既然是表达式，那么就可以是当前程序运行中的const常量、变量、函数等内容。可惜的是GDB不能使用你在程序中所定义的宏。
    
    表达式的语法应该是当前所调试的语言的语法，由于C/C++是一种大众型的语言，所以，本文中的例子都是关于C/C++的。（而关于用GDB调试其它语言的章节，我将在后面介绍）
    
    在表达式中，有几种GDB所支持的操作符，它们可以用在任何一种语言中。
    
    @
        是一个和数组有关的操作符，在后面会有更详细的说明。
        
    ::
        指定一个在文件或是一个函数中的变量。
        
    {<type>} <addr>
        表示一个指向内存地址<addr>的类型为type的一个对象。
        
        
二、程序变量

    在GDB中，你可以随时查看以下三种变量的值：
        1、全局变量（所有文件可见的）
        2、静态全局变量（当前文件可见的）
        3、局部变量（当前Scope可见的）
        
    如果你的局部变量和全局变量发生冲突（也就是重名），一般情况下是局部变量会隐藏全局变量，也就是说，如果一个全局变量和一个函数中的局部变量同名时，如果当前停止点在函数中，用print显示出的变量的值会是函数中的局部变量的值。如果此时你想查看全局变量的值时，你可以使用“::”操作符：
    
        file::variable
    function::variable
    可以通过这种形式指定你所想查看的变量，是哪个文件中的或是哪个函数中的。例如，查看文件f2.c中的全局变量x的值：
    
    gdb) p 'f2.c'::x
    
    当然，“::”操作符会和C++中的发生冲突，GDB能自动识别“::” 是否C++的操作符，所以你不必担心在调试C++程序时会出现异常。
    
    另外，需要注意的是，如果你的程序编译时开启了优化选项，那么在用GDB调试被优化过的程序时，可能会发生某些变量不能访问，或是取值错误码的情况。这个是很正常的，因为优化程序会删改你的程序，整理你程序的语句顺序，剔除一些无意义的变量等，所以在GDB调试这种程序时，运行时的指令和你所编写指令就有不一样，也就会出现你所想象不到的结果。对付这种情况时，需要在编译程序时关闭编译优化。一般来说，几乎所有的编译器都支持编译优化的开关，例如，GNU的C/C++编译器GCC，你可以使用“-gstabs”选项来解决这个问题。关于编译器的参数，还请查看编译器的使用说明文档。
   

三、数组

    有时候，你需要查看一段连续的内存空间的值。比如数组的一段，或是动态分配的数据的大小。你可以使用GDB的“@”操作符，“@”的左边是第一个内存的地址的值，“@”的右边则你你想查看内存的长度。例如，你的程序中有这样的语句：
     
        int *array = (int *) malloc (len * sizeof (int));
        
    于是，在GDB调试过程中，你可以以如下命令显示出这个动态数组的取值：

        p *array@len

    @的左边是数组的首地址的值，也就是变量array所指向的内容，右边则是数据的长度，其保存在变量len中，其输出结果，大约是下面这个样子的：
    
        (gdb) p *array@len
        $1 = {2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40}

    如果是静态数组的话，可以直接用print数组名，就可以显示数组中所有数据的内容了。

    
四、输出格式

    一般来说，GDB会根据变量的类型输出变量的值。但你也可以自定义GDB的输出的格式。例如，你想输出一个整数的十六进制，或是二进制来查看这个整型变量的中的位的情况。要做到这样，你可以使用GDB的数据显示格式：
    
    x  按十六进制格式显示变量。
    d  按十进制格式显示变量。
    u  按十六进制格式显示无符号整型。
    o  按八进制格式显示变量。
    t  按二进制格式显示变量。 
    a  按十六进制格式显示变量。
    c  按字符格式显示变量。
    f  按浮点数格式显示变量。

        (gdb) p i
        $21 = 101    
        
        (gdb) p/a i
        $22 = 0x65
        
        (gdb) p/c i
        $23 = 101 'e'
        
        (gdb) p/f i
        $24 = 1.41531145e-43
        
        (gdb) p/x i
        $25 = 0x65
        
        (gdb) p/t i
        $26 = 1100101

五、查看内存

    你可以使用examine命令（简写是x）来查看内存地址中的值。x命令的语法如下所示：
    
    x/<n/f/u> <addr> 
    
    n、f、u是可选的参数。
    
    n 是一个正整数，表示显示内存的长度，也就是说从当前地址向后显示几个地址的内容。
    f 表示显示的格式，参见上面。如果地址所指的是字符串，那么格式可以是s，如果地十是指令地址，那么格式可以是i。
    u 表示从当前地址往后请求的字节数，如果不指定的话，GDB默认是4个bytes。u参数可以用下面的字符来代替，b表示单字节，h表示双字节，w表示四字节，g表示八字节。当我们指定了字节长度后，GDB会从指内存定的内存地址开始，读写指定字节，并把其当作一个值取出来。
    
    <addr>表示一个内存地址。

    n/f/u三个参数可以一起使用。例如：
    
    命令：x/3uh 0x54320 表示，从内存地址0x54320读取内容，h表示以双字节为一个单位，3表示三个单位，u表示按十六进制显示。
    
    
六、自动显示

    你可以设置一些自动显示的变量，当程序停住时，或是在你单步跟踪时，这些变量会自动显示。相关的GDB命令是display。
    
    display <expr> 
    display/<fmt> <expr> 
    display/<fmt> <addr>
    
    expr是一个表达式，fmt表示显示的格式，addr表示内存地址，当你用display设定好了一个或多个表达式后，只要你的程序被停下来，GDB会自动显示你所设置的这些表达式的值。
    
    格式i和s同样被display支持，一个非常有用的命令是：
    
        display/i $pc
    
    $pc是GDB的环境变量，表示着指令的地址，/i则表示输出格式为机器指令码，也就是汇编。于是当程序停下后，就会出现源代码和机器指令码相对应的情形，这是一个很有意思的功能。
    
    下面是一些和display相关的GDB命令：
    
    undisplay <dnums...>
    delete display <dnums...>
    删除自动显示，dnums意为所设置好了的自动显式的编号。如果要同时删除几个，编号可以用空格分隔，如果要删除一个范围内的编号，可以用减号表示（如：2-5）
    
    disable display <dnums...>
    enable display <dnums...>
    disable和enalbe不删除自动显示的设置，而只是让其失效和恢复。
    
    info display
    查看display设置的自动显示的信息。GDB会打出一张表格，向你报告当然调试中设置了多少个自动显示设置，其中包括，设置的编号，表达式，是否enable。

七、设置显示选项

    GDB中关于显示的选项比较多，这里我只例举大多数常用的选项。

    set print address 
    set print address on 
        打开地址输出，当程序显示函数信息时，GDB会显出函数的参数地址。系统默认为打开的，如：
        
        (gdb) f
        #0  set_quotes (lq=0x34c78 "<<", rq=0x34c88 ">>")
            at input.c:530
        530         if (lquote != def_lquote)

    set print address off 
        关闭函数的参数地址显示，如：
        
        (gdb) set print addr off
        (gdb) f
        #0  set_quotes (lq="<<", rq=">>") at input.c:530
        530         if (lquote != def_lquote)

    show print address 
        查看当前地址显示选项是否打开。
        
    set print array 
    set print array on 
        打开数组显示，打开后当数组显示时，每个元素占一行，如果不打开的话，每个元素则以逗号分隔。这个选项默认是关闭的。与之相关的两个命令如下，我就不再多说了。
        
    set print array off 
    show print array

    set print elements <number-of-elements>
        这个选项主要是设置数组的，如果你的数组太大了，那么就可以指定一个<number-of-elements>来指定数据显示的最大长度，当到达这个长度时，GDB就不再往下显示了。如果设置为0，则表示不限制。
        
    show print elements 
        查看print elements的选项信息。
        
    set print null-stop <on/off>
        如果打开了这个选项，那么当显示字符串时，遇到结束符则停止显示。这个选项默认为off。
        
    set print pretty on 
        如果打开printf pretty这个选项，那么当GDB显示结构体时会比较漂亮。如：

            $1 = {
              next = 0x0,
              flags = {
                sweet = 1,
                sour = 1
              },
              meat = 0x54 "Pork"
            }

    set print pretty off
        关闭printf pretty这个选项，GDB显示结构体时会如下显示：
        
            $1 = {next = 0x0, flags = {sweet = 1, sour = 1}, meat = 0x54 "Pork"}
            
    show print pretty 
        查看GDB是如何显示结构体的。
        
    
    set print sevenbit-strings <on/off>
        设置字符显示，是否按“/nnn”的格式显示，如果打开，则字符串或字符数据按/nnn显示，如“/065”。
    
    show print sevenbit-strings
        查看字符显示开关是否打开。 
        
    set print union <on/off>
        设置显示结构体时，是否显式其内的联合体数据。例如有以下数据结构：
        
        typedef enum {Tree, Bug} Species;
        typedef enum {Big_tree, Acorn, Seedling} Tree_forms;
        typedef enum {Caterpillar, Cocoon, Butterfly}
                      Bug_forms;
        
        struct thing {
          Species it;
          union {
            Tree_forms tree;
            Bug_forms bug;
          } form;
        };
        
        struct thing foo = {Tree, {Acorn}};

        当打开这个开关时，执行 p foo 命令后，会如下显示：
            $1 = {it = Tree, form = {tree = Acorn, bug = Cocoon}}
        
        当关闭这个开关时，执行 p foo 命令后，会如下显示：
            $1 = {it = Tree, form = {...}}

    show print union
        查看联合体数据的显示方式
        
    set print object <on/off>
        在C++中，如果一个对象指针指向其派生类，如果打开这个选项，GDB会自动按照虚方法调用的规则显示输出，如果关闭这个选项的话，GDB就不管虚函数表了。这个选项默认是off。
    
    show print object
        查看对象选项的设置。
        
    set print static-members <on/off>
        这个选项表示，当显示一个C++对象中的内容是，是否显示其中的静态数据成员。默认是on。
    
    show print static-members
        查看静态数据成员选项设置。
        
    set print vtbl <on/off>
        当此选项打开时，GDB将用比较规整的格式来显示虚函数表时。其默认是关闭的。
        
    show print vtbl
        查看虚函数显示格式的选项。
        
        
八、历史记录

    当你用GDB的print查看程序运行时的数据时，你每一个print都会被GDB记录下来。GDB会以$1, $2, $3 .....这样的方式为你每一个print命令编上号。于是，你可以使用这个编号访问以前的表达式，如$1。这个功能所带来的好处是，如果你先前输入了一个比较长的表达式，如果你还想查看这个表达式的值，你可以使用历史记录来访问，省去了重复输入。
    
    
九、GDB环境变量

    你可以在GDB的调试环境中定义自己的变量，用来保存一些调试程序中的运行数据。要定义一个GDB的变量很简单只需。使用GDB的set命令。GDB的环境变量和UNIX一样，也是以$起头。如：
    
    set $foo = *object_ptr
    
    使用环境变量时，GDB会在你第一次使用时创建这个变量，而在以后的使用中，则直接对其賦值。环境变量没有类型，你可以给环境变量定义任一的类型。包括结构体和数组。
    
    show convenience 
        该命令查看当前所设置的所有的环境变量。
        
    这是一个比较强大的功能，环境变量和程序变量的交互使用，将使得程序调试更为灵活便捷。例如：
    
        set $i = 0
        print bar[$i++]->contents
    
    于是，当你就不必，print bar[0]->contents, print bar[1]->contents地输入命令了。输入这样的命令后，只用敲回车，重复执行上一条语句，环境变量会自动累加，从而完成逐个输出的功能。
    
    
十、查看寄存器

    要查看寄存器的值，很简单，可以使用如下命令：
    
    info registers 
        查看寄存器的情况。（除了浮点寄存器）
    
    info all-registers
        查看所有寄存器的情况。（包括浮点寄存器）
    
    info registers <regname ...>
        查看所指定的寄存器的情况。
        
    寄存器中放置了程序运行时的数据，比如程序当前运行的指令地址（ip），程序的当前堆栈地址（sp）等等。你同样可以使用print命令来访问寄存器的情况，只需要在寄存器名字前加一个$符号就可以了。如：p $eip。

改变程序的执行
———————

    一旦使用GDB挂上被调试程序，当程序运行起来后，你可以根据自己的调试思路来动态地在GDB中更改当前被调试程序的运行线路或是其变量的值，这个强大的功能能够让你更好的调试你的程序，比如，你可以在程序的一次运行中走遍程序的所有分支。
    
    
一、修改变量值

    修改被调试程序运行时的变量值，在GDB中很容易实现，使用GDB的print命令即可完成。如：
    
        (gdb) print x=4
    
    x=4这个表达式是C/C++的语法，意为把变量x的值修改为4，如果你当前调试的语言是Pascal，那么你可以使用Pascal的语法：x:=4。
    
    在某些时候，很有可能你的变量和GDB中的参数冲突，如：
    
        (gdb) whatis width
        type = double
        (gdb) p width
        $4 = 13
        (gdb) set width=47
        Invalid syntax in expression.

    因为，set width是GDB的命令，所以，出现了“Invalid syntax in expression”的设置错误，此时，你可以使用set var命令来告诉GDB，width不是你GDB的参数，而是程序的变量名，如：
    
        (gdb) set var width=47
        
    另外，还可能有些情况，GDB并不报告这种错误，所以保险起见，在你改变程序变量取值时，最好都使用set var格式的GDB命令。
   

二、跳转执行

    一般来说，被调试程序会按照程序代码的运行顺序依次执行。GDB提供了乱序执行的功能，也就是说，GDB可以修改程序的执行顺序，可以让程序执行随意跳跃。这个功能可以由GDB的jump命令来完：
    
    jump <linespec>
    指定下一条语句的运行点。<linespce>可以是文件的行号，可以是file:line格式，可以是+num这种偏移量格式。表式着下一条运行语句从哪里开始。
    
    jump <address>
    这里的<address>是代码行的内存地址。
    
    注意，jump命令不会改变当前的程序栈中的内容，所以，当你从一个函数跳到另一个函数时，当函数运行完返回时进行弹栈操作时必然会发生错误，可能结果还是非常奇怪的，甚至于产生程序Core Dump。所以最好是同一个函数中进行跳转。
    
    熟悉汇编的人都知道，程序运行时，有一个寄存器用于保存当前代码所在的内存地址。所以，jump命令也就是改变了这个寄存器中的值。于是，你可以使用“set $pc”来更改跳转执行的地址。如：
    
    set $pc = 0x485

三、产生信号量

    使用singal命令，可以产生一个信号量给被调试的程序。如：中断信号Ctrl+C。这非常方便于程序的调试，可以在程序运行的任意位置设置断点，并在该断点用GDB产生一个信号量，这种精确地在某处产生信号非常有利程序的调试。
    
    语法是：signal <singal>，UNIX的系统信号量通常从1到15。所以<singal>取值也在这个范围。
    
    single命令和shell的kill命令不同，系统的kill命令发信号给被调试程序时，是由GDB截获的，而single命令所发出一信号则是直接发给被调试程序的。
   

四、强制函数返回

    如果你的调试断点在某个函数中，并还有语句没有执行完。你可以使用return命令强制函数忽略还没有执行的语句并返回。
    
    return
    return <expression>
    使用return命令取消当前函数的执行，并立即返回，如果指定了<expression>，那么该表达式的值会被认作函数的返回值。
    
    
五、强制调用函数

    call <expr>
    表达式中可以一是函数，以此达到强制调用函数的目的。并显示函数的返回值，如果函数返回值是void，那么就不显示。
    
    另一个相似的命令也可以完成这一功能——print，print后面可以跟表达式，所以也可以用他来调用函数，print和call的不同是，如果函数返回void，call则不显示，print则显示函数返回值，并把该值存入历史数据中。

 

在不同语言中使用GDB
——————————

GDB支持下列语言：C, C++, Fortran, PASCAL, Java, Chill, assembly, 和 Modula-2。一般说来，GDB会根据你所调试的程序来确定当然的调试语言，比如：发现文件名后缀为“.c”的，GDB会认为是C程序。文件名后缀为“.C, .cc, .cp, .cpp, .cxx, .c++”的，GDB会认为是C++程序。而后缀是“.f, .F”的，GDB会认为是Fortran程序，还有，后缀为如果是“.s, .S”的会认为是汇编语言。

也就是说，GDB会根据你所调试的程序的语言，来设置自己的语言环境，并让GDB的命令跟着语言环境的改变而改变。比如一些GDB命令需要用到表达式或变量时，这些表达式或变量的语法，完全是根据当前的语言环境而改变的。例如C/C++中对指针的语法是*p，而在Modula-2中则是p^。并且，如果你当前的程序是由几种不同语言一同编译成的，那到在调试过程中，GDB也能根据不同的语言自动地切换语言环境。这种跟着语言环境而改变的功能，真是体贴开发人员的一种设计。

下面是几个相关于GDB语言环境的命令：

    show language 
        查看当前的语言环境。如果GDB不能识为你所调试的编程语言，那么，C语言被认为是默认的环境。
        
    info frame
        查看当前函数的程序语言。
        
    info source
        查看当前文件的程序语言。
    
如果GDB没有检测出当前的程序语言，那么你也可以手动设置当前的程序语言。使用set language命令即可做到。

    当set language命令后什么也不跟的话，你可以查看GDB所支持的语言种类：
    
        (gdb) set language
        The currently understood settings are:
        
        local or auto    Automatic setting based on source file
        c                Use the C language
        c++              Use the C++ language
        asm              Use the Asm language
        chill            Use the Chill language
        fortran          Use the Fortran language
        java             Use the Java language
        modula-2         Use the Modula-2 language
        pascal           Use the Pascal language
        scheme           Use the Scheme language
        
    于是你可以在set language后跟上被列出来的程序语言名，来设置当前的语言环境。
    
   

后记
——

    GDB是一个强大的命令行调试工具。大家知道命令行的强大就是在于，其可以形成执行序列，形成脚本。UNIX下的软件全是命令行的，这给程序开发提代供了极大的便利，命令行软件的优势在于，它们可以非常容易的集成在一起，使用几个简单的已有工具的命令，就可以做出一个非常强大的功能。
    
    于是UNIX下的软件比Windows下的软件更能有机地结合，各自发挥各自的长处，组合成更为强劲的功能。而Windows下的图形软件基本上是各自为营，互相不能调用，很不利于各种软件的相互集成。在这里并不是要和Windows做个什么比较，所谓“寸有所长，尺有所短”，图形化工具还是有不如命令行的地方。（看到这句话时，希望各位千万再也不要认为我就是“鄙视图形界面”，和我抬杠了 ）
    
    我是根据版本为5.1.1的GDB所写的这篇文章，所以可能有些功能已被修改，或是又有更为强劲的功能。而且，我写得非常仓促，写得比较简略，并且，其中我已经看到有许多错别字了（我用五笔，所以错字让你看不懂），所以，我在这里对我文中的差错表示万分的歉意。
    
    文中所罗列的GDB的功能时，我只是罗列了一些带用的GDB的命令和使用方法，其实，我这里只讲述的功能大约只占GDB所有功能的60%吧，详细的文档，还是请查看GDB的帮助和使用手册吧，或许，过段时间，如果我有空，我再写一篇GDB的高级使用。
    
    我个人非常喜欢GDB的自动调试的功能，这个功能真的很强大，试想，我在UNIX下写个脚本，让脚本自动编译我的程序，被自动调试，并把结果报告出来，调试成功，自动checkin源码库。一个命令，编译带着调试带着checkin，多爽啊。只是GDB对自动化调试目前支持还不是很成熟，只能实现半自动化，真心期望着GDB的自动化调试功能的成熟。
    
    如果各位对GDB或是别的技术问题有兴趣的话，欢迎和我讨论交流。本人目前主要在UNIX下做产品软件的开发，所以，对UNIX下的软件开发比较熟悉，当然，不单单是技术，对软件工程实施，软件设计，系统分析，项目管理我也略有心得。欢迎大家找我交流，（QQ是：753640，MSN是：[e-mail]）