使用GDB调试器

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GDB可以观察正在运行的程序，同时又对程序的执行有相当的控制，这使得研究程序的行为成为可能。

1. 启动GDB

unix-> gdb prog
//prog为程序名，eg：helloworld

2. GDB命令示例

3. GDB中运行UNIX的shell程序

shell <command string>

4. gdb几种暂停方式

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

info break

二、设置观察点（WatchPoint）

观察点一般来观察某个表达式（变量也是一种表达式）的值是否有变化了，如果有变化，马上停住程序。我们有下面的几种方法来设置观察点：

watch <expr>
为表达式（变量）expr设置一个观察点。一量表达式值有变化时，马上停住程序。

rwatch <expr>
当表达式（变量）expr被读时，停住程序。

awatch <expr>
当表达式（变量）的值被读或被写时，停住程序。

info watchpoints
列出当前所设置了的所有观察点。

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。

5. 查看运行时数据

程序被停住时，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。

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。

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。