Linux下C语言程序的调试

1.编译时添加调试信息

使用gcc -g -o [生成文件名] [源文件名]来编译生成一个带调试信息的可执行文件
例如：gcc -g -o test.debug test.c

加上-g选项以后，gcc在编译是会做以下额外的操作：

1. 创建符号表，符号表包含了程序中使用的变量名称的列表。

2. 关闭所有的优化机制，以便程序执行过程中严格按照原来的C代码进行

生成的可执行文件可以用readelf¹ 命令来显示文件的具体信息。

2.使用调试命令进行调试

最常用的是gdb调试器

gdb调试器

gdb命令包含在GNU的gcc开发套件中，是功能强大的程序调试器。GDB中的命令固然很多，但我们只需掌握其中十个左右的命令，就大致可以完成日常的基本的程序调试工作。

语法

gdb [选项] [参数]

• -cd：设置工作目录
• -q：安静模式，不打印介绍信息和版本信息
• -d：添加文件查找路径
• -x：从指定文件中执行GDB指令
• -s：设置读取的符号表文件

一般可以直接使用gdb命令进入gdb命令行模式，然后用file [可执行程序] [参数列表] 的方式来打开需要调试的程序，因为这样可以带参数启动程序，而直接gdb [文件名] 将参数带不进去。

gdb模式下的命令

• file <文件名>
  加载被调试的可执行程序文件。
  因为一般都在被调试程序所在目录下执行GDB，因而文本名不需要带路径。
  示例：(gdb) file gdb-sample
• r
  Run的简写，运行被调试的程序。
  如果此前没有下过断点，则执行完整个程序；如果有断点，则程序暂停在第一个可用断点处。
  示例：(gdb) r
• c
  Continue的简写，继续执行被调试程序，直至下一个断点或程序结束。
  (gdb) c
• b <行号>
• b <函数名称>
• b *<函数名称>
• b <代码地址> d [编号]
  b: Breakpoint的简写，设置断点。两可以使用“行号”“函数名称”“执行地址”等方式指定断点位置。
  其中在函数名称前面加“”符号表示将断点设置在“由编译器生成的prolog代码处”。如果不了解汇编，可以不予理会此用法。 d: Delete breakpoint的简写，删除指定编号的某个断点，或删除所有断点。断点编号从1开始递增。
  示例：(gdb) b 8
  示例：(gdb) b main
  示例：(gdb) b *main
  示例：(gdb) b *0x804835c (gdb) d
• s, n
  s: 执行一行源程序代码，如果此行代码中有函数调用，则进入该函数；
  n: 执行一行源程序代码，此行代码中的函数调用也一并执行。 s 相当于其它调试器中的“Step Into (单步跟踪进入)”；
  n 相当于其它调试器中的“Step Over (单步跟踪)”。 这两个命令必须在有源代码调试信息的情况下才可以使用（GCC编译时使用“-g”参数）。
  示例：(gdb) s
  示例：(gdb) n
• si, ni
  si命令类似于s命令，ni命令类似于n命令。所不同的是，这两个命令（si/ni）所针对的是汇编指令，而s/n针对的是源代码。
  示例：(gdb) si
  示例：(gdb) ni
• p <变量名称>
  Print的简写，显示指定变量（临时变量或全局变量）的值。
  示例：(gdb) p i
  示例：(gdb) p nGlobalVar
  display … undisplay <编号>
  display，设置程序中断后欲显示的数据及其格式。
  例如，如果希望每次程序中断后可以看到即将被执行的下一条汇编指令，可以使用命令
  “display /i $pc”
  其中 $pc 代表当前汇编指令，/i 表示以十六进行显示。当需要关心汇编代码时，此命令相当有用。 undispaly，取消先前的display设置，编号从1开始递增。
  示例：(gdb) display /i $pc (gdb) undisplay 1
• i
  info的简写，用于显示各类信息，详情请查阅“help i”。
  示例：(gdb) i r
• q
  Quit的简写，退出GDB调试环境。
  示例：(gdb) q
• help [命令名称]
  GDB帮助命令，提供对GDB名种命令的解释说明。
  如果指定了“命令名称”参数，则显示该命令的详细说明；如果没有指定参数，则分类显示所有GDB命令，供用户进一步浏览和查询。
  示例：(gdb) help

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readelf命令

readelf命令用来显示一个或者多个elf格式的目标文件的信息，可以通过它的选项来控制显示哪些信息。这里的elf-file(s)就表示那些被检查的文件。可以支持32位，64位的elf格式文件，也支持包含elf文件的文档（这里一般指的是使用ar命令将一些elf文件打包之后生成的例如lib*.a之类的“静态库”文件）。

这个程序和objdump提供的功能类似，但是它显示的信息更为具体，并且它不依赖BFD库(BFD库是一个GNU项目，它的目标就是希望通过一种统一的接口来处理不同的目标文件)，所以即使BFD库有什么bug存在的话也不会影响到readelf程序。

运行readelf的时候，除了-v和-H之外，其它的选项必须有一个被指定。

ELF文件类型

• 可重定位文件:用户和其他目标文件一起创建可执行文件或者共享目标文件,例如lib*.a文件。
• 可执行文件：用于生成进程映像，载入内存执行,例如编译好的可执行文件a.out。
• 共享目标文件：用于和其他共享目标文件或者可重定位文件一起生成elf目标文件或者和执行文件一起创建进程映像，例如lib*.so文件。

ELF文件作用

ELF文件参与程序的连接(建立一个程序)和程序的执行(运行一个程序)，所以可以从不同的角度来看待elf格式的文件：

• 如果用于编译和链接（可重定位文件），则编译器和链接器将把elf文件看作是节头表描述的节的集合,程序头表可选。
• 如果用于加载执行（可执行文件），则加载器则将把elf文件看作是程序头表描述的段的集合，一个段可能包含多个节，节头表可选。
  如果是共享文件，则两者都含有。

ELF文件总体组成

elf文件头描述elf文件的总体信息。包括：系统相关，类型相关，加载相关，链接相关。

• 系统相关表示：elf文件标识的魔术数，以及硬件和平台等相关信息，增加了elf文件的移植性,使交叉编译成为可能。
• 类型相关就是前面说的那个类型。
• 加载相关：包括程序头表相关信息。
• 链接相关：节头表相关信息。

选项

• -a
  –all 显示全部信息,等价于 -h -l -S -s -r -d -V -A -I.

• -h
  –file-header 显示elf文件开始的文件头信息.

• -l
  –program-headers
  –segments 显示程序头（段头）信息(如果有的话)。

• -S
  –section-headers
  –sections 显示节头信息(如果有的话)。

• -g
  –section-groups 显示节组信息(如果有的话)。

• -t
  –section-details 显示节的详细信息(-S的)。

• -s
  –syms
  –symbols 显示符号表段中的项（如果有的话）。

• -e
  –headers 显示全部头信息，等价于: -h -l -S

• -n
  –notes 显示note段（内核注释）的信息。

• -r
  –relocs 显示可重定位段的信息。

• -u
  –unwind 显示unwind段信息。当前只支持IA64 ELF的unwind段信息。

• -d
  –dynamic 显示动态段的信息。

• -V
  –version-info 显示版本段的信息。

• -A
  –arch-specific 显示CPU构架信息。

• -D
  –use-dynamic 使用动态段中的符号表显示符号，而不是使用符号段。

• -x
  –hex-dump= 以16进制方式显示指定段内内容。number指定段表中段的索引,或字符串指定文件中的段名。

• -w[liaprmfFsoR] or
  –debug-dump[=line,=info,=abbrev,=pubnames,=aranges,=macro,=frames,=frames-interp,=str,=loc,=Ranges] 显示调试段中指定的内容。

• -I
  –histogram 显示符号的时候，显示bucket list长度的柱状图。

• -v
  –version 显示readelf的版本信息。

• -H
  –help 显示readelf所支持的命令行选项。

• -W
  –wide 宽行输出。

• @file 可以将选项集中到一个文件中，然后使用这个@file选项载入。

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1. ↩︎