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使用 GNU 調(diào)試器來解決你的代碼問題。

GNU 調(diào)試器常以它的命令 gdb 稱呼它，它是一個交互式的控制臺，可以幫助你瀏覽源代碼、分析執(zhí)行的內(nèi)容，其本質(zhì)上是對錯誤的應(yīng)用程序中出現(xiàn)的問題進(jìn)行逆向工程。

故障排除的麻煩在于它很復(fù)雜。GNU 調(diào)試器 并不是一個特別復(fù)雜的應(yīng)用程序，但如果你不知道從哪里開始，甚至不知道何時和為何你可能需要求助于 GDB 來進(jìn)行故障排除，那么它可能會讓人不知所措。如果你一直使用 print、echo 或 printf 語句來調(diào)試你的代碼，當(dāng)你開始思考是不是還有更強(qiáng)大的東西時，那么本教程就是為你準(zhǔn)備的。

有錯誤的代碼

要開始使用 GDB，你需要一些代碼。這里有一個用 C++ 寫的示例應(yīng)用程序（如果你一般不使用 C++ 編寫程序也沒關(guān)系，在所有語言中原理都是一樣的），其來源于 猜謎游戲系列 中的一個例子。

#include <iostream>
#include <stdlib.h> //srand
#include <stdio.h>  //printf
 
using namespace std;
 
int main () {
 
srand (time(NULL));
int alpha = rand() % 8;
cout << "Hello world." << endl;
int beta = 2;
 
printf("alpha is set to is %s\n", alpha);
printf("kiwi is set to is %s\n", beta);
 
 return 0;
} // main

這個代碼示例中有一個 bug，但它確實(shí)可以編譯（至少在 GCC 5 的時候）。如果你熟悉 C++，你可能已經(jīng)看到了，但這是一個簡單的問題，可以幫助新的 GDB 用戶了解調(diào)試過程。編譯并運(yùn)行它就可以看到錯誤：

$ g++ -o buggy example.cpp
$ ./buggy
Hello world.
Segmentation fault

排除段故障

從這個輸出中，你可以推測變量 alpha 的設(shè)置是正確的，因?yàn)榉駝t的話，你就不會看到它后面的那行代碼執(zhí)行。當(dāng)然，這并不總是正確的，但這是一個很好的工作理論，如果你使用 printf 作為日志和調(diào)試器，基本上也會得出同樣的結(jié)論。從這里，你可以假設(shè) bug 在于成功打印的那一行之后的某行。然而，不清楚錯誤是在下一行還是在幾行之后。

GNU 調(diào)試器是一個交互式的故障排除工具，所以你可以使用 gdb 命令來運(yùn)行錯誤的代碼。為了得到更好的結(jié)果，你應(yīng)該從包含有調(diào)試符號的源代碼中重新編譯你的錯誤應(yīng)用程序。首先，看看 GDB 在不重新編譯的情況下能提供哪些信息：

$ gdb ./buggy
Reading symbols from ./buggy...done.
(gdb) start
Temporary breakpoint 1 at 0x400a44
Starting program: /home/seth/demo/buggy
 
Temporary breakpoint 1, 0x0000000000400a44 in main ()
(gdb)

當(dāng)你以一個二進(jìn)制可執(zhí)行文件作為參數(shù)啟動 GDB 時，GDB 會加載該應(yīng)用程序，然后等待你的指令。因?yàn)檫@是你第一次在這個可執(zhí)行文件上運(yùn)行 GDB，所以嘗試重復(fù)這個錯誤是有意義的，希望 GDB 能夠提供進(jìn)一步的見解。很直觀，GDB 用來啟動它所加載的應(yīng)用程序的命令就是 start。默認(rèn)情況下，GDB 內(nèi)置了一個斷點(diǎn)，所以當(dāng)它遇到你的應(yīng)用程序的 main 函數(shù)時，它會暫停執(zhí)行。要讓 GDB 繼續(xù)執(zhí)行，使用命令 continue：

(gdb) continue
Continuing.
Hello world.
 
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00007ffff71c0c0b in vfprintf () from /lib64/libc.so.6
(gdb)

毫不意外：應(yīng)用程序在打印 “Hello world” 后不久就崩潰了，但 GDB 可以提供崩潰發(fā)生時正在發(fā)生的函數(shù)調(diào)用。這有可能就足夠你找到導(dǎo)致崩潰的 bug，但為了更好地了解 GDB 的功能和一般的調(diào)試過程，想象一下，如果問題還沒有變得清晰，你想更深入地挖掘這段代碼發(fā)生了什么。

用調(diào)試符號編譯代碼

要充分利用 GDB，你需要將調(diào)試符號編譯到你的可執(zhí)行文件中。你可以用 GCC 中的 -g 選項來生成這個符號：

$ g++ -o debuggy example.cpp
$ ./debuggy
Hello world.
Segmentation fault

將調(diào)試符號編譯到可執(zhí)行文件中的結(jié)果是得到一個大得多的文件，所以通常不會分發(fā)它們，以增加便利性。然而，如果你正在調(diào)試開源代碼，那么用調(diào)試符號重新編譯測試是有意義的：

$ ls -l *buggy* *cpp
-rw-r--r--    310 Feb 19 08:30 debug.cpp
-rwxr-xr-x  11624 Feb 19 10:27 buggy*
-rwxr-xr-x  22952 Feb 19 10:53 debuggy*

用 GDB 調(diào)試

加載新的可執(zhí)行文件（本例中為 debuggy）以啟動 GDB：

$ gdb ./debuggy
Reading symbols from ./debuggy...done.
(gdb) start
Temporary breakpoint 1 at 0x400a44
Starting program: /home/seth/demo/debuggy
 
Temporary breakpoint 1, 0x0000000000400a44 in main ()
(gdb)

如前所述，使用 start 命令進(jìn)行：

(gdb) start
Temporary breakpoint 1 at 0x400a48: file debug.cpp, line 9.
Starting program: /home/sek/demo/debuggy
 
Temporary breakpoint 1, main () at debug.cpp:9
9       srand (time(NULL));
(gdb)

這一次，自動的 main 斷點(diǎn)可以指明 GDB 暫停的行號和該行包含的代碼。你可以用 continue 恢復(fù)正常操作，但你已經(jīng)知道應(yīng)用程序在完成之前就會崩潰，因此，你可以使用 next 關(guān)鍵字逐行步進(jìn)檢查你的代碼：

(gdb) next
10  int alpha = rand() % 8;
(gdb) next
11  cout << "Hello world." << endl;
(gdb) next
Hello world.
12  int beta = 2;
(gdb) next
14      printf("alpha is set to is %s\n", alpha);
(gdb) next
 
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00007ffff71c0c0b in vfprintf () from /lib64/libc.so.6
(gdb)

從這個過程可以確認(rèn)，崩潰不是發(fā)生在設(shè)置 beta 變量的時候，而是執(zhí)行 printf 行的時候。這個 bug 在本文中已經(jīng)暴露了好幾次（破壞者：向 printf 提供了錯誤的數(shù)據(jù)類型），但暫時假設(shè)解決方案仍然不明確，需要進(jìn)一步調(diào)查。

設(shè)置斷點(diǎn)

一旦你的代碼被加載到 GDB 中，你就可以向 GDB 詢問到目前為止代碼所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。要嘗試數(shù)據(jù)自省，通過再次發(fā)出 start 命令來重新啟動你的應(yīng)用程序，然后進(jìn)行到第 11 行。一個快速到達(dá) 11 行的簡單方法是設(shè)置一個尋找特定行號的斷點(diǎn)：

(gdb) start
The program being debugged has been started already.
Start it from the beginning? (y or n) y
Temporary breakpoint 2 at 0x400a48: file debug.cpp, line 9.
Starting program: /home/sek/demo/debuggy
 
Temporary breakpoint 2, main () at debug.cpp:9
9       srand (time(NULL));
(gdb) break 11
Breakpoint 3 at 0x400a74: file debug.cpp, line 11.

建立斷點(diǎn)后，用 continue 繼續(xù)執(zhí)行：

(gdb) continue
Continuing.
 
Breakpoint 3, main () at debug.cpp:11
11      cout << "Hello world." << endl;
(gdb)

現(xiàn)在暫停在第 11 行，就在 alpha 變量被設(shè)置之后，以及 beta 被設(shè)置之前。

用 GDB 進(jìn)行變量自省

要查看一個變量的值，使用 print 命令。在這個示例代碼中，alpha 的值是隨機(jī)的，所以你的實(shí)際結(jié)果可能與我的不同：

(gdb) print alpha
$1 = 3
(gdb)

當(dāng)然，你無法看到一個尚未建立的變量的值：

(gdb) print beta
$2 = 0

使用流程控制

要繼續(xù)進(jìn)行，你可以步進(jìn)代碼行來到達(dá)將 beta 設(shè)置為一個值的位置：

(gdb) next
Hello world.
12  int beta = 2;
(gdb) next
14  printf("alpha is set to is %s\n", alpha);
(gdb) print beta
$3 = 2

另外，你也可以設(shè)置一個觀察點(diǎn)，它就像斷點(diǎn)一樣，是一種控制 GDB 執(zhí)行代碼流程的方法。在這種情況下，你知道 beta 變量應(yīng)該設(shè)置為 2，所以你可以設(shè)置一個觀察點(diǎn)，當(dāng) beta 的值發(fā)生變化時提醒你：

(gdb) watch beta > 0
Hardware watchpoint 5: beta > 0
(gdb) continue
Continuing.
 
Breakpoint 3, main () at debug.cpp:11
11      cout << "Hello world." << endl;
(gdb) continue
Continuing.
Hello world.
 
Hardware watchpoint 5: beta > 0
 
Old value = false
New value = true
main () at debug.cpp:14
14      printf("alpha is set to is %s\n", alpha);
(gdb)

你可以用 next 手動步進(jìn)完成代碼的執(zhí)行，或者你可以用斷點(diǎn)、觀察點(diǎn)和捕捉點(diǎn)來控制代碼的執(zhí)行。

用 GDB 分析數(shù)據(jù)

你可以以不同格式查看數(shù)據(jù)。例如，以八進(jìn)制值查看 beta 的值：

(gdb) print /o beta
$4 = 02

要查看其在內(nèi)存中的地址：

(gdb) print /o beta
$5 = 0x2

你也可以看到一個變量的數(shù)據(jù)類型：

(gdb) whatis beta
type = int

用 GDB 解決錯誤

這種自省不僅能讓你更好地了解什么代碼正在執(zhí)行，還能讓你了解它是如何執(zhí)行的。在這個例子中，對變量運(yùn)行的 whatis 命令給了你一個線索，即你的 alpha 和 beta 變量是整數(shù)，這可能會喚起你對 printf 語法的記憶，使你意識到在你的 printf 語句中，你必須使用 %d 來代替 %s。做了這個改變，就可以讓應(yīng)用程序按預(yù)期運(yùn)行，沒有更明顯的錯誤存在。

當(dāng)代碼編譯后發(fā)現(xiàn)有 bug 存在時，特別令人沮喪，但最棘手的 bug 就是這樣，如果它們很容易被發(fā)現(xiàn)，那它們就不是 bug 了。使用 GDB 是獵取并消除它們的一種方法。

下載我們的速查表

生活的真相就是這樣，即使是最基本的編程，代碼也會有 bug。并不是所有的錯誤都會導(dǎo)致應(yīng)用程序無法運(yùn)行（甚至無法編譯），也不是所有的錯誤都是由錯誤的代碼引起的。有時，bug 是基于一個特別有創(chuàng)意的用戶所做的意外的選擇組合而間歇性發(fā)生的。有時，程序員從他們自己的代碼中使用的庫中繼承了 bug。無論原因是什么，bug 基本上無處不在，程序員的工作就是發(fā)現(xiàn)并消除它們。

GNU 調(diào)試器是一個尋找 bug 的有用工具。你可以用它做的事情比我在本文中演示的要多得多。你可以通過 GNU Info 閱讀器來了解它的許多功能：

$ info gdb

無論你是剛開始學(xué)習(xí) GDB 還是專業(yè)人員的，提醒一下你有哪些命令是可用的，以及這些命令的語法是什么，都是很有幫助的。

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