技术

GDB调试学习

GDB 代码调试常用命令总结。

前言

笔者近几年使用 Python 语言来做深度学习、计算机视觉领域相关科研与工作，对于调试程序，使用较多的工具除了 JetBrains 家的各个 IDE 以外，就是使用 Python 自带的 pdb 模块来调试 Python 程序，命令行界面调试代码既灵活，而且速度也快，非常好用。最近，因为项目原因接触 c/c++ 代码更多一些，通过本篇博客对 GDB 学习并且记录相关常用命令。

GDB是一个由GNU开源组织发布的、UNIX / LINUX操作系统下的、基于命令行的、功能强大的程序调试工具。 对于一名Linux下工作的c/c++程序员，gdb是必不可少的工具，另外，GDB可以调试Ada、C、 C++、 Asm、 Minimal、 D、 Fortran、 Objective-c、 Go、 Java、 Pascal等语言。标准的 GDB 是纯命令行式的，但也有一些基于它的图形化工具（比如 DDD、Data Display Debugger），但用好 GDB 命令行调试，还是我们的一项基本素质。

本篇文章将简单地介绍 GDB 常见用法，更多内容通过本博客下面的参考资料学习。

GDB 使用流程

启动 GDB 调试

学习 GDB 调试测试的代码如下：

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#include<stdio.h>
int square(int x) {
    return x * x;
}

int get_num(int x) {
    int x_2 = square(x);
    return  x_2;
}

int main(){
    int a = 10;
    int b = get_num(a);
}

通过下面命令编译 C++ 代码，注意需要使用 -g 参数，在编译生成的目标文件中加入源码信息，并启动 GDB 调试代码：

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gcc -g test.cpp -o test # 编译源文件
gdb test # 启动 gdb 开始调试代码
gdb -q test # -q 表示不打印gdb版本信息，界面较为干净；

查看源码

list(简写 l)： 查看源程序代码，默认显示10行，按回车键或继续输入l查看下10行。

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Reading symbols from test...
(gdb) l
1       #include<stdio.h>
2       int square(int x) {
3           return x * x;
4       }
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6       int get_num(int x) {
7           int x_2 = square(x);
8           return  x_2;
9       }
10
(gdb) l
11      int main(){
12          int a = 10;
13          int b = get_num(a);
14      }
(gdb) l
Line number 15 out of range; test.cpp has 14 lines.

运行程序

run(简写 r) ：运行程序直到遇到 结束或者遇到断点等待下一个命令：

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(gdb) c
The program is not being run.
(gdb) r 
Starting program: /data1/workplace/tmp/test 
[Inferior 1 (process 1044104) exited normally]

设置断点

break(简写 b) ：命令格式 b 行号，在某行设置断点： info breakpoints (简写 i b) ：显示断点信息。

  • Num： 断点编号
  • Type：类型，breakpoint 或者 watchpoint
  • Disp：断点执行一次之后是否有效 kep：有效 dis：无效
  • Enb： 当前断点是否有效 y：有效 n：无效
  • Address：内存地址
  • What：位置
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(gdb) b 13
Breakpoint 1 at 0x555555555170: file test.cpp, line 13.
(gdb) i b
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000555555555170 in main() at test.cpp:13
(gdb)

条件断点：

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(gdb) b ... if cond

具体参考：GDB条件断点详解

单步执行

首先需要输入 run 启动程序，运行到第一个断点处，然后可以选择 step 单步调试（如果有函数调用则进入函数），next 单步跟踪程序（遇到函数调用，直接调用函数，不会进入函数体内），continue 继续运行到下一个断点处。

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(gdb) r
Starting program: /data1/workplace/tmp/test 

Breakpoint 2, main () at test.cpp:12
12          int a = 10;
(gdb) s

Breakpoint 1, main () at test.cpp:13
13          int b = get_num(a);
(gdb) s
get_num (x=21845) at test.cpp:6
6       int get_num(int x) {
(gdb) s
7           int x_2 = square(x);
(gdb) n
8           return  x_2;
(gdb) l 8
3           return x * x;
4       }
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6       int get_num(int x) {
7           int x_2 = square(x);
8           return  x_2;
9       }
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11      int main(){
12          int a = 10;
(gdb)

运行程序相关命令如下：

  • run：简记为 r ，其作用是运行程序，当遇到断点后，程序会在断点处停止运行，等待用户输入下一步的命令；
  • continue （简写 c ）：继续执行，到下一个断点处（或运行结束）；
  • next：（简写 n ），单步跟踪程序，当遇到函数调用时，也不进入此函数体；此命令同step 的主要区别是，step 遇到用户自定义的函数，将步进到函数中去运行，而 next 则直接调用函数，不会进入到函数体内。
  • step：（简写s）：单步调试如果有函数调用，则进入函数；与命令 n 不同，n 是不进入调用的函数的；
  • until：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；
  • until 行号： 运行至某行，不仅仅用来跳出循环；
  • 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。
  • call 函数(参数)：调用程序中可见的函数，并传递“参数”，如：call gdb_test(55)

查看变量

  • print ：简记 p，打印变量或表达式的值；
  • whatis ：查询变量或函数的类型；
  • pt ：跟 whatis 作用类似，可能是 print type 的简写；
  • display：在单步调试的时候很有用，使用 display 命令设置一个表达式后，它将在每次单步进行指令后，紧接着输出被设置的表达式及值；
  • info dispaly，查看当前被设置的变量，然后可以用 undisplay num（变量对应的编号） 取消设置；
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(gdb) p x
$11 = 10
(gdb) whatis x
type = int
(gdb) whatis square
type = int (int)
(gdb) pt square
type = int (int)
(gdb) display x*x + 2
1: x*x + 2 = 102
(gdb) display
1: x*x + 2 = 102
(gdb) info display
Auto-display expressions now in effect:
Num Enb Expression
1:   y  x*x + 2
(gdb)

退出 GDB

使用 quit （简记 q ）命令退出即可。

GDB 常用命令

下面列出最常用的GDB命令：

  • pt：查看变量的真实类型，不受 typedef 的影响；
  • bt：显示当前调用堆栈；
  • up/down：在函数调用栈里上下移动。或者使用frame 函数帧号跳转；
  • fin：直接运行到函数结束；
  • i b：查看所有的断点信息；
  • delete：删除所有断点；
  • delete breakpoint_list：删除某个序号处断点；
  • i locals：查看当前堆栈页的所有变量；
  • wh：启动“可视化调试”。这个是我最喜欢的命令，可以把屏幕分成上下两个窗口，上面显示源码，下面是 GDB 命令输出，不必再用“l”频繁地列出源码了，能够大大提高调试的效率；
  • ctrl x + a ：退出或进入可视化模式；
  • layout regs：显示源代码/汇编和寄存器窗口；
  • layout split：显示源代码和汇编窗口；
  • p *array@10：查看数组内容，这里10表示查看数组的大小；
  • ptype：查看变量的类型，这里打印出变量的结构定义；
  • set args config.txt：指定运行时的参数；

GDB 多线程命令

  • info thread：查看被调试的线程；
  • thread apply all bt：打印所有线程堆栈信息；
  • thread <ID> ：切换调试的线程为指定ID的线程；
  • break file.c:100 thread all：在file.c文件第100行处为所有经过这里的线程设置断点；
  • set scheduler-locking off|on|step：在调试多线程程序时，默认除了被调试的线程在执行外，其他线程也都在运行，我们可以通过命令来控制这一切：off表示不锁定任何线程on表示只有当前调试的线程会继续运行，step表示在但不执行时只有当前线程会运行；
  • thread apply <ID1> <ID2> <command>：让一个或者多个线程执行GDB命令command；

参考

GDB调试入门指南
gdb调试多线程程序总结
GDB学习笔记
学习使用 GDB 调试代码
linux下gdb调试方法与技巧整理
100个gdb小技巧

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