一、前言

• 學(xué)習(xí)了【vim】知道了如何編輯一個代碼文本
• 學(xué)習(xí)了【gcc】知道了如何編譯一個代碼文本
• 學(xué)習(xí)了【make/Makefile】知道了如何自動化構(gòu)建一個代碼文本

但是如何對一段代碼去進(jìn)行調(diào)試呢，此時就要使用到Linux下的調(diào)試器gdb了。對于這個調(diào)試器來說，不像是VS中那樣的圖形化界面形式，而是采用純命令行的形式進(jìn)行調(diào)試?？赡芪业闹v解會比較晦澀難懂，在學(xué)習(xí)的過程中主要是會一些gdb下基本的操作即可

二、調(diào)試版本與發(fā)布版本

1、見見gdb

下面是本次調(diào)試所要使用到的代碼

  1 #include <stdio.h>
  2 
  3 int AddToTop(int top)
  4 {
  5     printf("Enter AddToTop\n");
  6 
  7     int count = 0;
  8     for(int i = 1;i <= top; ++i)
  9     {
 10        count += i;
 11     }
 12 
 13     printf("Quit AddToTop\n");                                                                         
 14     return count;
 15 }
 16 
 17 int main(void)
 18 {
 19     int top = 100;
 20     int ret = AddToTop(top);
 21 
 22     printf("ret = %d\n", ret);
 23     return 0;
 24 }

下面是Makefile中的內(nèi)容，用于自動化編譯

  1 mytest:test.c
  2     gcc -o mytest test.c -std=c99                                                                      
  3 .PHONY:clean
  4 clean:
  5     rm -rf mytest

注：-std=c99表示以c99的標(biāo)準(zhǔn)來編譯代碼

• 如果要進(jìn)入gdb開始調(diào)試，那直接gdb + 可執(zhí)行程序即可
• 不過進(jìn)去之后發(fā)現(xiàn)似乎有一些奇怪的內(nèi)容，【no debugging symbols found】，翻譯過來就是沒有調(diào)試信息。那這是為何呢？是gdb出問題了嗎？

• 先不要著急，如果有經(jīng)常調(diào)試的同學(xué)就可以知道只有在【DeBug】的環(huán)境下才會有我們想要的調(diào)試信息，所以可以初步推斷這可能不是一個【DeBug】版本的可執(zhí)行程序
• 先使用q(quit)退出gdb

讓我們先看下去，了解一下其他的知識再來解決這個問題

2、程序員與測試人員

接下去我們就來說說有關(guān)【DeBug】和【Release】版本的不同之處

??【Debug】—— 調(diào)試版本
??【Release】—— 發(fā)布版本

• 在使用VS的時候我們可以直接使用鼠標(biāo)來進(jìn)行操作，當(dāng)前程序以DeBug或者是Release的形式進(jìn)行運(yùn)行，那么運(yùn)行出來的可執(zhí)行程序版本也是不同的，我們程序員在編寫代碼后運(yùn)行一般是使用【DeBug】環(huán)境進(jìn)行運(yùn)行。因為在企業(yè)里寫軟件項目，將代碼寫完后程序員自己要做簡單的測試，保證代碼沒有問題
• 當(dāng)程序員自己測試完沒有問題之后，就會將這個可執(zhí)行程序給到測試人員進(jìn)行測試，而且會給出自己的單元測試報告。對于測試人員來說所處的模式是【Release】，也就是將來客戶要使用的這款軟件的發(fā)布版本
• 當(dāng)測試在測的過程中，一定會發(fā)現(xiàn)一些問題。此時測試人員就會把報告再打回研發(fā)部。研發(fā)部做修改重新生成Release版本的可行性程序給到測試人員繼續(xù)測試
• 最后只有當(dāng)測試通過了，再將生成的【單元測試報告】與產(chǎn)品經(jīng)理進(jìn)行核對之后沒有問題，那這個軟件才可以真正地面向市場??

3、為什么Release不能調(diào)試但DeBug可以調(diào)試?

其實對于我們剛才直接make自動化生成的可執(zhí)行程序是通過gcc直接編譯產(chǎn)生得到的，它是一個【Release】版本的可執(zhí)行程序，因此無法進(jìn)行調(diào)試

• 若是我們想要使用gcc/g++去生成一個可執(zhí)行程序時，默認(rèn)是【Release】版本的，而不是【DeBug】
• 但若是我們想要去生成一個【DeBug】版本的可執(zhí)行程序也是可以的，只需要修改一下我們的Makefile即可，給gcc后面帶上一個-g的命令選項，此時再去make一下的話生成的就是【DeBug】版本的了

• 為了之前的【Release】版本不被覆蓋，我們將其重命名一下為mytest-release
• 在生成【DeBug】版本后一樣對其進(jìn)行一個重命名為mytest-debug

• 通過觀察上圖中兩個可執(zhí)行文件的大小便可以發(fā)現(xiàn)雖然它們都是可執(zhí)行程序，但是容量大小卻不一樣，這是為什么呢?

• 因為以Release版本發(fā)布的軟件是給客戶的，客戶是不需要調(diào)試信息的

• 往可執(zhí)行程序里添加很多的調(diào)試信息意味著軟件的體積會變大

  • 一方面，用戶下載需要時間了
  • 另一方面，用戶下載好之后將軟件啟動、運(yùn)行都需要更多的時間，體驗不好。一般能不加就不加

• 但是對于DeBug來說會自動加調(diào)試信息，容量體積比Release大

但是就這么說說太抽象了，我們得看看這個可執(zhí)行文件里的調(diào)試信息究竟是怎樣的??

readelf -S mytest-debug

• 在C生萬物 | 程序環(huán)境和預(yù)處理中，我有說到過對于【可執(zhí)行文件】它是一個二進(jìn)制文件，若是查看它的源碼就可以發(fā)現(xiàn)里面都是一堆亂碼

當(dāng)我們面對一堆二進(jìn)制亂碼措手不及的時候，給大家提到過一個東西叫做readelf，其實它是Linux中的一個指令，可以用來讀取【elf】格式的文件

• 加上-S的命令選項以符號表的形式來進(jìn)行讀取這個文件，就以一個列表的形式展現(xiàn)出了這個帶調(diào)試信息的可執(zhí)行程序
• 下面展現(xiàn)幾個比較常見的。例如這里的
  • .rodata就是read only data即只讀全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)
  • .data就是已初始化全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)
  • .bss就是未初始化全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)

• 不過這些呢是這個可執(zhí)行文件中的所有內(nèi)容，若是我們只是先要查看一些debug的調(diào)試信息，就要對這些東西進(jìn)行一個篩選才行
• 此時就可以使用到grep命令來進(jìn)行一個篩選。便可以查看到所有的debug調(diào)試信息了

• 上面是查看【DeBug】版本下的調(diào)試信息，在【Release】版本有沒有呢
• 我們也是讀取并搜尋一下這個文件便可以發(fā)現(xiàn)對于【Release】版本來說是不存在調(diào)試信息的，所以什么都沒有被打印出來

【總結(jié)一下】

• 程序的發(fā)布方式有兩種，debug模式和release模式
• Linux gcc/g++出來的二進(jìn)制程序，默認(rèn)是release模式
• 要使用gdb調(diào)試，必須在源代碼生成二進(jìn)制程序的時候, 加上-g選項

好，說到這里，對于調(diào)試相關(guān)背景就全部講完了，接下去我們正式進(jìn)入【gdb】的學(xué)習(xí)??

三、使用gdb調(diào)試代碼

1、指令集匯總

因為這個調(diào)試器是在Linux環(huán)境下的，是純命令行模式，所以會有很多的指令，做好心里準(zhǔn)備??

注：（）括號里面是該指令的全稱

• l(list) 行號/函數(shù)名 —— 顯示對應(yīng)的code，每次10行

• r(run) —— F5【無斷點直接運(yùn)行、有斷點從第一個斷點處開始運(yùn)行】

• b(breakpoint) + 行號 —— 在那一行打斷點

• b 源文件：函數(shù)名 —— 在該函數(shù)的第一行打上斷點

• b 源文件：行號 —— 在該源文件中的這行加上一個斷點吧

• info b —— 查看斷點的信息

  breakpoint already hit 1 time【此斷點被命中一次】

• d(delete) + 當(dāng)前要刪除斷點的編號 —— 刪除一個斷點【不可以d + 行號】

  • 若當(dāng)前沒有跳出過gdb，則斷點的編號會持續(xù)累加

• d + breakpoints —— 刪除所有的斷點

• disable b(breakpoints) —— 使所有斷點無效【默認(rèn)缺省】

• enable b(breakpoints) —— 使所有斷點有效【默認(rèn)缺省】

• disable b(breakpoint) + 編號 —— 使一個斷點無效【禁用斷點】

• enable b(breakpoint) + 編號 —— 使一個斷點有效【開啟斷點】

  • 相當(dāng)于VS中的空斷點

• enable breakpount —— 使一個斷點有效【開啟斷電】

• n(next) —— 逐過程【相當(dāng)于F10，為了查找是哪個函數(shù)出錯了】

• s(step) —— 逐語句【相當(dāng)于F11，】

• bt —— 看到底層函數(shù)調(diào)用的過程【函數(shù)壓?！?/p>

• set var —— 修改變量的值

• p(print) 變量名 —— 打印變量值

• display —— 跟蹤查看一個變量，每次停下來都顯示它的值【變量/結(jié)構(gòu)體…】

• undisplay + 變量名編號 —— 取消對先前設(shè)置的那些變量的跟蹤

排查問題三劍客??

• until + 行號 —— 進(jìn)行指定位置跳轉(zhuǎn)，執(zhí)行完區(qū)間代碼
• finish —— 在一個函數(shù)內(nèi)部，執(zhí)行到當(dāng)前函數(shù)返回，然后停下來等待命令
• c(continue) —— 從一個斷點處，直接運(yùn)行至下一個斷點處【VS下不斷按F5】

2、命令演示

看了上面的這些命令后，相信你一定回到了剛開始學(xué)習(xí)Linux指令的時候那種恐懼感，不過沒關(guān)系，我會一一地演示這些指令，讓你在看完本文后有一個基本的調(diào)試能力??

• 首先我們進(jìn)入到gdb，然后它會等待我們輸入指令

? 行號顯示

l(list) 行號/函數(shù)名 —— 顯示對應(yīng)的code，每次10行

• 首先若是直接【L】的話便會隨機(jī)顯示出該源文件中的隨機(jī)10行內(nèi)容，這不是我們想要的

• 若是【L 0】或者是【L 1】的話那就是從第一行開始往下列10行的內(nèi)容
  • 注意這里的L是小寫，而且與數(shù)字之間要有一個空格

• 接下去若是想要看到我們所寫的全部代碼，只需要多Enter幾次就可以了，gdb會自動記憶你上次敲入的指令

? 斷點設(shè)置

b + 行號 —— 在那一行打斷點

b 源文件：函數(shù)名 —— 在該函數(shù)的第一行打上斷點

b 源文件：行號 —— 在該源文件中的這行加上一個斷點

? 查看斷點信息

info b —— 查看斷點的信息

• 若是直接執(zhí)行【info】的話，出來的就是所有的調(diào)試信息

• 但若是我們只想查看一下所打的斷點的信息，那就在后面加個b/breakpoint

來簡要介紹一下斷點的一些字段信息

• Num —— 編號
• Type —— 類型
• Disp —— 狀態(tài)
• Enb —— 是否可用
• Address —— 地址
• What —— 在此文件的哪個函數(shù)的第幾行

• 最后的話就是每個斷點信息的下面這塊breakpoint already hit 1 time即此斷點被命中1次

? 刪除斷點

d + 當(dāng)前要刪除斷點的編號 —— 刪除一個斷點【不可以d + 行號】

d + breakpoints —— 刪除所有的斷點

• 此時若繼續(xù)將這個20行的斷點打上時，就可以發(fā)現(xiàn)其編號為【4】，而并不是從1開始，這是因為我們沒有退出過gdb，所以會持續(xù)上一次的編號繼續(xù)往下

? 開啟 / 禁用斷點

disable b(breakpoints) —— 使所有斷點無效【默認(rèn)缺省】

enable b(breakpoints) —— 使所有斷點有效【默認(rèn)缺省】

disable b(breakpoint) + 編號 —— 使一個斷點無效【禁用斷點】

enable b(breakpoint) + 編號 —— 使一個斷點有效【開啟斷點】

其實對于禁用斷點和啟用斷點，VS中也是有的，它叫做【空斷點】。我們一起來看看

? 運(yùn)行 / 調(diào)試

r(run) —— F5【無斷點直接運(yùn)行、有斷點從第一個斷點處開始運(yùn)行】

• 首先若是將斷點刪除掉，使用【r】指令運(yùn)行的話就會直接運(yùn)行到程序結(jié)束

• 再加上斷點去運(yùn)行的話就會在打的斷點處停下來

? 逐過程和逐語句

n(next) —— 逐過程【相當(dāng)于F10，為了查找是哪個函數(shù)出錯了】

• 可以看到，我從第一個斷點處也就是20行的位置開始執(zhí)行，按下【n】之后因為在其后即22行有一個斷點，此時就會直接運(yùn)行到斷點處

s(step) —— 逐語句【相當(dāng)于F11，一次走一條代碼，可進(jìn)入函數(shù)，同樣的庫函數(shù)也會進(jìn)入】

• 此時我們按下【s】，也就相當(dāng)于是【step】，讓程序一步一步地走，繼而進(jìn)入了AddToTop這個函數(shù)，若是你在printf()語句要執(zhí)行時按下【s】的話gdb就會進(jìn)入printf()庫函數(shù)內(nèi)部去執(zhí)行，這里就不展示了

• 接下去我們可以就繼續(xù)【n】，然后進(jìn)行逐過程調(diào)試，來到for循環(huán)中，那么逐過程也就是變量i的累加和計數(shù)器count的累加，所以會反復(fù)執(zhí)行（通過圖中最左側(cè)可以看出是第8行和第10行在反復(fù)執(zhí)行）
• 可以看到后面我沒有再按【n】了，但是依舊會執(zhí)行上面的步驟，這點上面也有提到過，因為gdb會自動化記憶你上一次執(zhí)行過的命令，所以若是不想再敲了，直接Enter就可以了

? 打印 / 追蹤變量

p(print) 變量名 —— 打印變量值

• 都執(zhí)行了那么多次了，不知道【i】和【count】發(fā)生了怎樣的變化，將它們打印出來看看吧??

• 通過繼續(xù)執(zhí)行【n】，然后再去打印就可以發(fā)現(xiàn)i的值和count的值發(fā)生了變化

但是你不覺得這樣每次去打印會顯得很繁瑣嗎，那一定會的，所以我們有更好的辦法??

display —— 跟蹤查看一個變量，每次停下來都顯示它的值【變量/結(jié)構(gòu)體…】

• 我們也可以去追蹤一下這兩個變量的地址，不過可以看到對于地址來說是不會發(fā)生改變的

undisplay + 變量名編號 —— 取消對先前設(shè)置的那些變量的跟蹤

• 但是呢，每次都追蹤打印這么多內(nèi)容又太多了，我想把它們?nèi)∠丝梢詥?？答?strong>當(dāng)然是可以的
• 既然有display，那就有undisplay

? 查看函數(shù)調(diào)用

bt —— 看到底層函數(shù)調(diào)用的過程【函數(shù)壓?！?/strong>

  1 #include <stdio.h>
  2 
  3 void swap(int* x, int* y)
  4 {
  5     int t = *x;
  6     *x = *y;
  7     *y = t;                                                                                            
  8 }
  9 int main(void)
 10 {
 11     int a = 10;
 12     int b = 20;
 13 
 14     printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
 15 
 16     swap(&a, &b);
 17 
 18     printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
 19     return 0;
 20 }