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[操作系统]GDB教程详解


  GDB是GNU开源组织发布的一个强大的UNIX下的程序调试工具。或许,各位比较喜欢那种图形界面方式的,像VC、BCB等IDE的调试,但如果你是在UNIX平台下做软件,你会发现GDB这个调试工具有比VC、BCB的图形化调试器更强大的功能。所谓“寸有所长,尺有所短”就是这个道理。

一般来说,GDB主要帮忙你完成下面四个方面的功能:

    A.启动你的程序,可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。
    B.可让被调试的程序在你所指定的调置的断点处停住。(断点可以是条件表达式)
    C.当程序被停住时,可以检查此时你的程序中所发生的事。
    D.动态的改变你程序的执行环境。

  从上面看来,GDB和一般的调试工具没有什么两样,基本上也是完成这些功能,不过在细节上,你会发现GDB这个调试工具的强大,大家可能比较习惯了图形化的调试工具,但有时候,命令行的调试工具却有着图形化工具所不能完成的功能。让我们一一看来。

1.一个调试示例

  源程序:tst.c

 1 #include <stdio.h> 2  3 int func(int n) 4 { 5    int sum=0,i; 6    for(i=0; i<n; i++) 7    { 8      sum+=i; 9    }10   return sum;11 }12 13 main()14 {15   int i;16   long result = 0;17   for(i=1; i<=100; i++)18    {19      result += i;20    }21 22   printf("result[1-100] = %d /n", result );23   printf("result[1-250] = %d /n", func(250) );24 }

  编译生成执行文件:(Linux下)

1 hchen/test> cc -g tst.c -o tst

  使用GDB调试:

 1 hchen/test> gdb tst                                           <---------- 启动GDB 2 GNU gdb 5.1.1 3 Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc. 4 GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are 5 welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. 6 Type "show copying" to see the conditions. 7 There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details. 8 This GDB was configured as "i386-suse-linux"... 9 (gdb) l                                                 <-------------------- l命令相当于list,从第一行开始例出原码。10 1    #include <stdio.h>11 212 3    int func(int n)13 4    {14 5        int sum=0,i;15 6        for(i=0; i<n; i++)16 7        {17 8            sum+=i;18 9        }19 10        return sum;20 (gdb)                                                  <-------------------- 直接回车表示,重复上一次命令21 11    }22 1223 1324 14    main()25 15    {26 16        int i;27 17        long result = 0;28 18        for(i=1; i<=100; i++)29 19        {30 20            result += i;  31 (gdb) break 16                                            <-------------------- 设置断点,在源程序第16行处。32 Breakpoint 1 at 0x8048496: file tst.c, line 16.33 (gdb) break func                                            <-------------------- 设置断点,在函数func()入口处。34 Breakpoint 2 at 0x8048456: file tst.c, line 5.35 (gdb) info break                                            <-------------------- 查看断点信息。36 Num Type      Disp Enb Address  What37 1  breakpoint   keep y  0x08048496 in main at tst.c:1638 2  breakpoint   keep y  0x08048456 in func at tst.c:539 (gdb) r                                                <--------------------- 运行程序,run命令简写40 Starting program: /home/hchen/test/tst41 42 Breakpoint 1, main () at tst.c:17                                 <---------- 在断点处停住。43 17        long result = 0;44 (gdb) n                                                <--------------------- 单条语句执行,next命令简写。45 18        for(i=1; i<=100; i++)46 (gdb) n47 20            result += i;48 (gdb) n49 18        for(i=1; i<=100; i++)50 (gdb) n51 20            result += i;52 (gdb) c                                               <--------------------- 继续运行程序,continue命令简写。53 Continuing.54 result[1-100] = 5050                                        <----------程序输出。55 56 Breakpoint 2, func (n=250) at tst.c:557 5        int sum=0,i;58 (gdb) n59 6        for(i=1; i<=n; i++)60 (gdb) p i                                              <--------------------- 打印变量i的值,print命令简写。61 $1 = 13451380862 (gdb) n63 8            sum+=i;64 (gdb) n65 6        for(i=1; i<=n; i++)66 (gdb) p sum67 $2 = 168 (gdb) n69 8            sum+=i;70 (gdb) p i71 $3 = 272 (gdb) n73 6        for(i=1; i<=n; i++)74 (gdb) p sum75 $4 = 376 (gdb) bt                                              <--------------------- 查看函数堆栈。77 #0 func (n=250) at tst.c:578 #1 0x080484e4 in main () at tst.c:2479 #2 0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.680 (gdb) finish                                            <--------------------- 退出函数。81 Run till exit from #0 func (n=250) at tst.c:582 0x080484e4 in main () at tst.c:2483 24       printf("result[1-250] = %d /n", func(250) );84 Value returned is $6 = 3137585 (gdb) c                                               <--------------------- 继续运行。86 Continuing.87 result[1-250] = 31375                                      <----------程序输出。88 89 Program exited with code 027.                                  <--------程序退出,调试结束。90 (gdb) q                                               <--------------------- 退出gdb。91 hchen/test>

  好了,有了以上的感性认识,还是让我们来系统地认识一下gdb吧。

2.使用GDB

  一般来说GDB主要调试的是C/C++的程序。要调试C/C++的程序,首先在编译时,我们必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器(cc/gcc/g++)的 -g 参数可以做到这一点。如:

1 > cc -g hello.c -o hello2 > g++ -g hello.cpp -o hello

  如果没有-g,你将看不见程序的函数名、变量名,所代替的全是运行时的内存地址。当你用-g把调试信息加入之后,并成功编译目标代码以后,让我们来看看如何用gdb来调试他。

  启动GDB的方法有以下几种:

    A.gdb <program>
       program也就是你的执行文件,一般在当然目录下。

    B.gdb <program> core
       用gdb同时调试一个运行程序和core文件,core是程序非法执行后core dump后产生的文件。

    C.gdb <program> <PID>
       如果你的程序是一个服务程序,那么你可以指定这个服务程序运行时的进程ID。gdb会自动attach上去,并调试他。program应该在PATH环境变量中搜索得到。

  

  GDB启动时,可以加上一些GDB的启动开关,详细的开关可以用gdb -help查看。我在下面只例举一些比较常用的参数:

1 -symbols <file>2 -s <file>

    从指定文件中读取符号表。

1 -se file

    从指定文件中读取符号表信息,并把他用在可执行文件中。

1 -core <file>2 -c <file>

    调试时core dump的core文件。

1 -directory <directory>2 -d <directory>

    加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中PATH所定义的路径。

3.GDB的命令概貌

  启动gdb后,就你被带入gdb的调试环境中,就可以使用gdb的命令开始调试程序了,gdb的命令可以使用help命令来查看,如下所示:

   

 1 /home/hchen> gdb 2   GNU gdb 5.1.1 3   Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc. 4   GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are 5 welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. 6   Type "show copying" to see the conditions. 7   There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details. 8   This GDB was configured as "i386-suse-linux". 9   (gdb) help10   List of classes of commands:11 12   aliases -- Aliases of other commands13   breakpoints -- Making program stop at certain points14   data -- Examining data15   files -- Specifying and examining files16   internals -- Maintenance commands17   obscure -- Obscure features18   running -- Running the program19   stack -- Examining the stack20   status -- Status inquiries21   support -- Support facilities22   tracepoints -- Tracing of program execution without stopping the program23   user-defined -- User-defined commands24 25   Type "help" followed by a class name for a list of commands in that class.26   Type "help" followed by command name for full documentation.27   Command name abbreviations are allowed if unambiguous.28   (gdb)

  gdb的命令很多,gdb把它分成许多个种类。help命令只是例出gdb的命令种类,如果要看种类中的命令,可以使用help <class> 命令,如:help breakpoints,查看设置断点的所有命令。也可以直接help <command>来查看命令的帮助。

  gdb中,输入命令时,可以不用打全命令,只用打命令的前几个字符就可以了,当然,命令的前几个字符应该要标志着一个唯一的命令,在Linux下,你可以敲击两次TAB键来补齐命令的全称,如果有重复的,那么gdb会把其例出来。
   
    示例一:在进入函数func时,设置一个断点。可以敲入break func,或是直接就是b func
    (gdb) b func
    Breakpoint 1 at 0x8048458: file hello.c, line 10.

    示例二:敲入b按两次TAB键,你会看到所有b打头的命令:
    (gdb) b
    backtrace break      bt
    (gdb)

    示例三:只记得函数的前缀,可以这样:
    (gdb) b make_ <按TAB键>
    (再按下一次TAB键,你会看到:)
    make_a_section_from_file     make_environ
    make_abs_section             make_function_type
    make_blockvector             make_pointer_type
    make_cleanup                 make_reference_type
    make_command                 make_symbol_completion_list
    (gdb) b make_
    GDB把所有make开头的函数全部例出来给你查看。

    示例四:调试C++的程序时,有可以函数名一样。如:
    (gdb) b 'bubble( M-?
    bubble(double,double)    bubble(int,int)
    (gdb) b 'bubble(
    你可以查看到C++中的所有的重载函数及参数。(注:M-?和“按两次TAB键”是一个意思)

要退出gdb时,只用发quit或命令简称q就行了。

GDB中运行UNIX的shell程序
————————————

在gdb环境中,你可以执行UNIX的shell的命令,使用gdb的shell命令来完成:

    shell <command string>
    调用UNIX的shell来执行<command string>,环境变量SHELL中定义的UNIX的shell将会被用来执行<command string>,如果SHELL没有定义,那就使用UNIX的标准shell:/bin/sh。(在Windows中使用Command.com或cmd.exe)

还有一个gdb命令是make:
    make <make-args>
    可以在gdb中执行make命令来重新build自己的程序。这个命令等价于“shell make <make-args>”。

GDB中运行程序
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当以gdb <program>方式启动gdb后,gdb会在PATH路径和当前目录中搜索<program>的源文件。如要确认gdb是否读到源文件,可使用l或list命令,看看gdb是否能列出源代码。

在gdb中,运行程序使用r或是run命令。程序的运行,你有可能需要设置下面四方面的事。

1、程序运行参数。
    set args 可指定运行时参数。(如:set args 10 20 30 40 50)
    show args 命令可以查看设置好的运行参数。

2、运行环境。
    path <dir> 可设定程序的运行路径。
    show paths 查看程序的运行路径。
    set environment varname [=value] 设置环境变量。如:set env USER=hchen
    show environment [varname] 查看环境变量。

3、工作目录。
    cd <dir> 相当于shell的cd命令。
    pwd 显示当前的所在目录。

4、程序的输入输出。
    info terminal 显示你程序用到的终端的模式。
    使用重定向控制程序输出。如:run > outfile
    tty命令可以指写输入输出的终端设备。如:tty /dev/ttyb


调试已运行的程序
————————

两种方法:
1、在UNIX下用ps查看正在运行的程序的PID(进程ID),然后用gdb <program> PID格式挂接正在运行的程序。
2、先用gdb <program>关联上源代码,并进行gdb,在gdb中用attach命令来挂接进程的PID。并用detach来取消挂接的进程。

暂停 / 恢复程序运行
—————————

调试程序中,暂停程序运行是必须的,GDB可以方便地暂停程序的运行。你可以设置程序的在哪行停住,在什么条件下停住,在收到什么信号时停往等等。以便于你查看运行时的变量,以及运行时的流程。

当进程被gdb停住时,你可以使用info program 来查看程序的是否在运行,进程号,被暂停的原因。

在gdb中,我们可以有以下几种暂停方式:断点(BreakPoint)、观察点(WatchPoint)、捕捉点(CatchPoint)、信号(Signals)、线程停止(Thread Stops)。如果要恢复程序运行,可以使用c或是continue命令。

一、设置断点(BreakPoint)
   
    我们用break命令来设置断点。正面有几点设置断点的方法:
   
    break <function>
        在进入指定函数时停住。C++中可以使用class::function或function(type,type)格式来指定函数名。

    break <linenum>
        在指定行号停住。

    break +offset
    break -offset
        在当前行号的前面或后面的offset行停住。offiset为自然数。

    break filename:linenum
        在源文件filename的linenum行处停住。

    break filename:function
        在源文件filename的function函数的入口处停住。

    break *address
        在程序运行的内存地址处停住。

    break
        break命令没有参数时,表示在下一条指令处停住。

   break ... if <condition>
        ...可以是上述的参数,condition表示条件,在条件成立时停住。比如在循环境体中,可以设置break if i=100,表示当i为100时停住程序。

    查看断点时,可使用info命令,如下所示:(注:n表示断点号)
    info breakpoints [n]
    info break [n] 

三、设置捕捉点(CatchPoint)

    你可设置捕捉点来补捉程序运行时的一些事件。如:载入共享库(动态链接库)或是C++的异常。设置捕捉点的格式为:
   
    catch <event>
        当event发生时,停住程序。event可以是下面的内容:
        1、throw 一个C++抛出的异常。(throw为关键字)
        2、catch 一个C++捕捉到的异常。(catch为关键字)
        3、exec 调用系统调用exec时。(exec为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        4、fork 调用系统调用fork时。(fork为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        5、vfork 调用系统调用vfork时。(vfork为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        6、load 或 load <libname> 载入共享库(动态链接库)时。(load为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        7、unload 或 unload <libname> 卸载共享库(动态链接库)时。(unload为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)

    tcatch <event>
        只设置一次捕捉点,当程序停住以后,应点被自动删除。

四、维护停止点

上面说了如何设置程序的停止点,GDB中的停止点也就是上述的三类。在GDB中,如果你觉得已定义好的停止点没有用了,你可以使用delete、clear、disable、enable这几个命令来进行维护。

    clear
        清除所有的已定义的停止点。

    clear <function>
    clear <filename:function>
        清除所有设置在函数上的停止点。

    clear <linenum>
    clear <filename:linenum>
        清除所有设置在指定行上的停止点。

    delete [breakpoints] [range...]
        删除指定的断点,breakpoints为断点号。如果不指定断点号,则表示删除所有的断点。range表示断点号的范围(如:3-7)。其简写命令为d。

比删除更好的一种方法是disable停止点,disable了的停止点,GDB不会删除,当你还需要时,enable即可,就好像回收站一样。

    disable [breakpoints] [range...]
        disable所指定的停止点,breakpoints为停止点号。如果什么都不指定,表示disable所有的停止点。简写命令是dis.

    enable [breakpoints] [range...]
        enable所指定的停止点,breakpoints为停止点号。

    enable [breakpoints] once range...
        enable所指定的停止点一次,当程序停止后,该停止点马上被GDB自动disable。

    enable [breakpoints] delete range...
        enable所指定的停止点一次,当程序停止后,该停止点马上被GDB自动删除。

五、停止条件维护

前面在说到设置断点时,我们提到过可以设置一个条件,当条件成立时,程序自动停止,这是一个非常强大的功能,这里,我想专门说说这个条件的相关维护命令。一般来说,为断点设置一个条件,我们使用if关键词,后面跟其断点条件。并且,条件设置好后,我们可以用condition命令来修改断点的条件。(只有break和watch命令支持if,catch目前暂不支持if)

    condition <bnum> <expression>
        修改断点号为bnum的停止条件为expression。

    condition <bnum>
        清除断点号为bnum的停止条件。


还有一个比较特殊的维护命令ignore,你可以指定程序运行时,忽略停止条件几次。

    ignore <bnum> <count>
        表示忽略断点号为bnum的停止条件count次。

六、为停止点设定运行命令

我们可以使用GDB提供的command命令来设置停止点的运行命令。也就是说,当运行的程序在被停止住时,我们可以让其自动运行一些别的命令,这很有利行自动化调试。对基于GDB的自动化调试是一个强大的支持。


    commands [bnum]
    ... command-list ...
    end

    为断点号bnum指写一个命令列表。当程序被该断点停住时,gdb会依次运行命令列表中的命令。

    例如:

        break foo if x>0
        commands
        printf "x is %d/n",x
        continue
        end
        断点设置在函数foo中,断点条件是x>0,如果程序被断住后,也就是,一旦x的值在foo函数中大于0,GDB会自动打印出x的值,并继续运行程序。

如果你要清除断点上的命令序列,那么只要简单的执行一下commands命令,并直接在打个end就行了。

七、断点菜单

在C++中,可能会重复出现同一个名字的函数若干次(函数重载),在这种情况下,break <function>不能告诉GDB要停在哪个函数的入口。当然,你可以使用break <function(type)>也就是把函数的参数类型告诉GDB,以指定一个函数。否则的话,GDB会给你列出一个断点菜单供你选择你所需要的断点。你只要输入你菜单列表中的编号就可以了。如:

    (gdb) b String::after
    [0] cancel
    [1] all
    [2] file:String.cc; line number:867
    [3] file:String.cc; line number:860
    [4] file:String.cc; line number:875
    [5] file:String.cc; line number:853
    [6] file:String.cc; line number:846
    [7] file:String.cc; line number:735
    > 2 4 6
    Breakpoint 1 at 0xb26c: file String.cc, line 867.
    Breakpoint 2 at 0xb344: file String.cc, line 875.
    Breakpoint 3 at 0xafcc: file String.cc, line 846.
    Multiple breakpoints were set.
    Use the "delete" command to delete unwanted
     breakpoints.
    (gdb)

可见,GDB列出了所有after的重载函数,你可以选一下列表编号就行了。0表示放弃设置断点,1表示所有函数都设置断点。

八、恢复程序运行和单步调试

当程序被停住了,你可以用continue命令恢复程序的运行直到程序结束,或下一个断点到来。也可以使用step或next命令单步跟踪程序。

    continue [ignore-count]
    c [ignore-count]
    fg [ignore-count]
        恢复程序运行,直到程序结束,或是下一个断点到来。ignore-count表示忽略其后的断点次数。continue,c,fg三个命令都是一样的意思。


    step <count>
        单步跟踪,如果有函数调用,他会进入该函数。进入函数的前提是,此函数被编译有debug信息。很像VC等工具中的step in。后面可以加count也可以不加,不加表示一条条地执行,加表示执行后面的count条指令,然后再停住。

    next <count>
        同样单步跟踪,如果有函数调用,他不会进入该函数。很像VC等工具中的step over。后面可以加count也可以不加,不加表示一条条地执行,加表示执行后面的count条指令,然后再停住。

    set step-mode
    set step-mode on
        打开step-mode模式,于是,在进行单步跟踪时,程序不会因为没有debug信息而不停住。这个参数有很利于查看机器码。

    set step-mod off
        关闭step-mode模式。

    finish
        运行程序,直到当前函数完成返回。并打印函数返回时的堆栈地址和返回值及参数值等信息。

   until 或 u
        当你厌倦了在一个循环体内单步跟踪时,这个命令可以运行程序直到退出循环体。

    stepi 或 si
    nexti 或 ni
        单步跟踪一条机器指令!一条程序代码有可能由数条机器指令完成,stepi和nexti可以单步执行机器指令。与之一样有相同功能的命令是“display/i $pc” ,当运行完这个命令后,单步跟踪会在打出程序代码的同时打出机器指令(也就是汇编代码)

九、信号(Signals)

信号是一种软中断,是一种处理异步事件的方法。一般来说,操作系统都支持许多信号。尤其是UNIX,比较重要应用程序一般都会处理信号。UNIX定义了许多信号,比如SIGINT表示中断字符信号,也就是Ctrl+C的信号,SIGBUS表示硬件故障的信号;SIGCHLD表示子进程状态改变信号;SIGKILL表示终止程序运行的信号,等等。信号量编程是UNIX下非常重要的一种技术。

GDB有能力在你调试程序的时候处理任何一种信号,你可以告诉GDB需要处理哪一种信号。你可以要求GDB收到你所指定的信号时,马上停住正在运行的程序,以供你进行调试。你可以用GDB的handle命令来完成这一功能。

    handle <signal> <keywords...>
        在GDB中定义一个信号处理。信号<signal>可以以SIG开头或不以SIG开头,可以用定义一个要处理信号的范围(如:SIGIO-SIGKILL,表示处理从SIGIO信号到SIGKILL的信号,其中包括SIGIO,SIGIOT,SIGKILL三个信号),也可以使用关键字all来标明要处理所有的信号。一旦被调试的程序接收到信号,运行程序马上会被GDB停住,以供调试。其<keywords>可以是以下几种关键字的一个或多个。

        nostop
            当被调试的程序收到信号时,GDB不会停住程序的运行,但会打出消息告诉你收到这种信号。
        stop
            当被调试的程序收到信号时,GDB会停住你的程序。
        print
            当被调试的程序收到信号时,GDB会显示出一条信息。
        noprint
            当被调试的程序收到信号时,GDB不会告诉你收到信号的信息。
        pass
        noignore
            当被调试的程序收到信号时,GDB不处理信号。这表示,GDB会把这个信号交给被调试程序会处理。
        nopass
        ignore
            当被调试的程序收到信号时,GDB不会让被调试程序来处理这个信号。


    info signals
    info handle
        查看有哪些信号在被GDB检测中。

十、线程(Thread Stops)

如果你程序是多线程的话,你可以定义你的断点是否在所有的线程上,或是在某个特定的线程。GDB很容易帮你完成这一工作。

    break <linespec> thread <threadno>
    break <linespec> thread <threadno> if ...
        linespec指定了断点设置在的源程序的行号。threadno指定了线程的ID,注意,这个ID是GDB分配的,你可以通过“info threads”命令来查看正在运行程序中的线程信息。如果你不指定thread <threadno>则表示你的断点设在所有线程上面。你还可以为某线程指定断点条件。如:
   
        (gdb) break frik.c:13 thread 28 if bartab > lim

    当你的程序被GDB停住时,所有的运行线程都会被停住。这方便你你查看运行程序的总体情况。而在你恢复程序运行时,所有的线程也会被恢复运行。那怕是主进程在被单步调试时。

查看栈信息
—————

当程序被停住了,你需要做的第一件事就是查看程序是在哪里停住的。当你的程序调用了一个函数,函数的地址,函数参数,函数内的局部变量都会被压入“栈”(Stack)中。你可以用GDB命令来查看当前的栈中的信息。

下面是一些查看函数调用栈信息的GDB命令:

    backtrace
    bt
        打印当前的函数调用栈的所有信息。如:
       
        (gdb) bt
        #0 func (n=250) at tst.c:6
        #1 0x08048524 in main (argc=1, argv=0xbffff674) at tst.c:30
        #2 0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6
       
        从上可以看出函数的调用栈信息:__libc_start_main --> main() --> func()
       
   
    backtrace <n>
    bt <n>
        n是一个正整数,表示只打印栈顶上n层的栈信息。

    backtrace <-n>
    bt <-n>
        -n表一个负整数,表示只打印栈底下n层的栈信息。
       
如果你要查看某一层的信息,你需要在切换当前的栈,一般来说,程序停止时,最顶层的栈就是当前栈,如果你要查看栈下面层的详细信息,首先要做的是切换当前栈。

    frame <n>
    f <n>
        n是一个从0开始的整数,是栈中的层编号。比如:frame 0,表示栈顶,frame 1,表示栈的第二层。
   
    up <n>
        表示向栈的上面移动n层,可以不打n,表示向上移动一层。
       
    down <n>
        表示向栈的下面移动n层,可以不打n,表示向下移动一层。

    上面的命令,都会打印出移动到的栈层的信息。如果你不想让其打出信息。你可以使用这三个命令:
   
            select-frame <n> 对应于 frame 命令。
            up-silently <n> 对应于 up 命令。
            down-silently <n> 对应于 down 命令。

   
查看当前栈层的信息,你可以用以下GDB命令:

    frame 或 f
        会打印出这些信息:栈的层编号,当前的函数名,函数参数值,函数所在文件及行号,函数执行到的语句。
   
    info frame
    info f
        这个命令会打印出更为详细的当前栈层的信息,只不过,大多数都是运行时的内内地址。比如:函数地址,调用函数的地址,被调用函数的地址,目前的函数是由什么样的程序语言写成的、函数参数地址及值、局部变量的地址等等。如:
            (gdb) info f
            Stack level 0, frame at 0xbffff5d4:
             eip = 0x804845d in func (tst.c:6); saved eip 0x8048524
             called by frame at 0xbffff60c
             source language c.
             Arglist at 0xbffff5d4, args: n=250
             Locals at 0xbffff5d4, Previous frame's sp is 0x0
             Saved registers:
              ebp at 0xbffff5d4, eip at 0xbffff5d8
             
     info args
        打印出当前函数的参数名及其值。
    
     info locals
        打印出当前函数中所有局部变量及其值。
       
     info catch
        打印出当前的函数中的异常处理信息。

查看源程序
—————

一、显示源代码

    GDB 可以打印出所调试程序的源代码,当然,在程序编译时一定要加上-g的参数,把源程序信息编译到执行文件中。不然就看不到源程序了。当程序停下来以后,GDB会报告程序停在了那个文件的第几行上。你可以用list命令来打印程序的源代码。还是来看一看查看源代码的GDB命令吧。
   
    list <linenum>
        显示程序第linenum行的周围的源程序。
   
    list <function>
        显示函数名为function的函数的源程序。
       
    list
        显示当前行后面的源程序。
   
    list -
        显示当前行前面的源程序。

一般是打印当前行的上5行和下5行,如果显示函数是是上2行下8行,默认是10行,当然,你也可以定制显示的范围,使用下面命令可以设置一次显示源程序的行数。

    set listsize <count>
        设置一次显示源代码的行数。
       
    show listsize
        查看当前listsize的设置。

list命令还有下面的用法:

    list <first>, <last>
        显示从first行到last行之间的源代码。
   
    list , <last>
        显示从当前行到last行之间的源代码。
       
    list +
        往后显示源代码。

一般来说在list后面可以跟以下这们的参数:

    <linenum>   行号。
    <+offset>   当前行号的正偏移量。
    <-offset>   当前行号的负偏移量。
    <filename:linenum> 哪个文件的哪一行。
    <function> 函数名。
    <filename:function> 哪个文件中的哪个函数。
    <*address> 程序运行时的语句在内存中的地址。

二、搜索源代码

不仅如此,GDB还提供了源代码搜索的命令:

    forward-search <regexp>
    search <regexp>
        向前面搜索。

    reverse-search <regexp>
        全部搜索。
       
其中,<regexp>就是正则表达式,也主一个字符串的匹配模式,关于正则表达式,我就不在这里讲了,还请各位查看相关资料。


三、指定源文件的路径

某些时候,用-g编译过后的执行程序中只是包括了源文件的名字,没有路径名。GDB提供了可以让你指定源文件的路径的命令,以便GDB进行搜索。

    directory <dirname ... >
    dir <dirname ... >
        加一个源文件路径到当前路径的前面。如果你要指定多个路径,UNIX下你可以使用“:”,Windows下你可以使用“;”。
    directory
        清除所有的自定义的源文件搜索路径信息。
   
    show directories
        显示定义了的源文件搜索路径。

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,如果地址是指令地址,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
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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。