学会用GDB调试C++程序

1 、GDB 概述

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：
1、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。
2、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）
3、当程序被停住时，可以检查此时你的程序中所发生的事。
4、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。

一个调试示例

源程序：tst.c

1 #include 
2
3 int func(int n)
4 {
5      int sum=0,i;
6      for(i=1; ilt;=100; i++)
7      {
8           sum+=i;
9      }
10    return sum;
11 }
12
13
14 main()
15 {
16       int i;
17       long result = 0;
18       for(i=1; i<=100; i++)
19      {
20            result += i;
21      }
22
23      printf("result[1-100] = %d", result );
24      printf("result[1-250] = %d", func(250) );
25 }

编译生成执行文件：（Linux下）
root@linux:/home/benben/test# gcc -g tst.c -o tst

使用GDB调试，代码:

root@linux: /home/benben /test# gdb tst <---------- 启动GDB
GNU gdb 5.1.1
Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i386-suse-linux"...
(gdb) l <-------------------- l命令相当于list，从第一行开始例出原码。
1 #include
2
3 int func(int n)
4 {
5 int sum=0,i;
6 for(i=0; i
7 {
8 sum+=i;
9 }
10 return sum;
(gdb) <-------------------- 直接回车表示，重复上一次命令
11 }
12
13
14 main()
15 {
16 int i;
17 long result = 0;
18 for(i=1; i<=100; i++)
19 {
20 result += i;
(gdb) break 16 <-------------------- 设置断点，在源程序第16行处。
Breakpoint 1 at 0x8048496: file tst.c, line 16.
(gdb) break func <-------------------- 设置断点，在函数func()入口处。
Breakpoint 2 at 0x8048456: file tst.c, line 5.
(gdb) info break <-------------------- 查看断点信息。
Num Type Disp Enb Address What
1 breakpoint keep y 0x08048496 in main at tst.c:16
2 breakpoint keep y 0x08048456 in func at tst.c:5
(gdb) r <--------------------- 运行程序，run命令简写
Starting program: /home/benben /test/tst
 
Breakpoint 1, main () at tst.c:17 <---------- 在断点处停住。
17 long result = 0;
(gdb) n <--------------------- 单条语句执行，next命令简写。
18 for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) n
20 result += i;
(gdb) n
18 for(i=1; i<=100; i++)
(gdb) n
20 result += i;
(gdb) c <--------------------- 继续运行程序，continue命令简写。
Continuing.
result[1-100] = 5050 <----------程序输出。
 
Breakpoint 2, func (n=250) at tst.c:5
5 int sum=0,i;
(gdb) n
6 for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p i <--------------------- 打印变量i的值，print命令简写。
$1 = 134513808
(gdb) n
8 sum+=i;
(gdb) n
6 for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p sum
$2 = 1
(gdb) n
8 sum+=i;
(gdb) p i
$3 = 2
(gdb) n
6 for(i=1; i<=n; i++)
(gdb) p sum
$4 = 3
(gdb) bt <--------------------- 查看函数堆栈。
#0 func (n=250) at tst.c:5
 
#1 0x080484e4 in main () at tst.c:24
 
#2 0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6
(gdb) finish <--------------------- 退出函数。
Run till exit from #0 func (n=250) at tst.c:5
 
0x080484e4 in main () at tst.c:24
24 printf("result[1-250] = %d", func(250) );
Value returned is $6 = 31375
(gdb) c <--------------------- 继续运行。
Continuing.
result[1-250] = 31375 <----------程序输出。
 
Program exited with code 027. <--------程序退出，调试结束。
(gdb) q <--------------------- 退出gdb。
root@linux:/home/benben/test#

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：

> gcc -g hello.c -o hello

> 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：

1、gdb program
program 也就是你的执行文件，一般在当前目录下。

2、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。

3、gdb program 1234
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。下面只列举一些比较常用的参数：

--symbols=SYMFILE
从指定文件中读取符号表。

--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。

--core=COREFILE
调试时core dump的core文件。

--directory=DIR
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 命令概览

启动gdb后，就进入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：

root@linux:/home/benben# gdb
GNU gdb 5.1.1
Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i386-suse-linux".
(gdb) help
List of classes of commands:
 
aliases -- Aliases of other commands
breakpoints -- Making program stop at certain points
data -- Examining data
files -- Specifying and examining files
internals -- Maintenance commands
obscure -- Obscure features
running -- Running the program
stack -- Examining the stack
status -- Status inquiries
support -- Support facilities
tracepoints -- Tracing of program execution without stopping the program
user-defined -- User-defined commands
 
Type "help" followed by a class name for a list of commands in that class.
Type "help" followed by command name for full documentation.
Command name abbreviations are allowed if unambiguous.
(gdb)

gdb的命令很多，gdb把之分成许多个种类。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 命令，如：help breakpoints，查看设置断点的所有命令。也可以直接help 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会把其列出来。

命令列表：

命令	命令缩写	命令说明
list	l	显示多行源代码
break	b	设置断点,程序运行到断点的位置会停下来
info	i	描述程序的状态
run	r	开始运行程序
display	disp	跟踪查看某个变量,每次停下来都显示它的值
step	s	执行下一条语句,如果该语句为函数调用,则进入函数执行其中的第一条语句
next	n	执行下一条语句,如果该语句为函数调用,不会进入函数内部执行(即不会一步步地调试函数内部语句)
print	p	打印内部变量值
continue	c	继续程序的运行,直到遇到下一个断点
set var name=v		设置变量的值
start	st	开始执行程序,在main函数的第一条语句前面停下来
file		装入需要调试的程序
kill	k	终止正在调试的程序
watch		监视变量值的变化
backtrace	bt	产看函数调用信息(堆栈)
frame	f	查看栈帧
quit	q	退出GDB环境

 

4、在GDB中运行程序

当以 gdb 方式启动gdb后，gdb会在PATH路径和当前目录中搜索源文件。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
可设定程序的运行路径。
show paths 查看程序的运行路径。
set env environmentVarname=value 设置环境变量。如：set env USER=benben
show env [varname] 查看环境变量，不带varname，打印出当前所有环境变量。

3 、工作目录。

cd 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命令可以设置输入输出使用的终端设备。如：tty /dev/tty1

5 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 PID process-id 格式挂接正在运行的程序。
2、先用gdb 关联上源代码，并进行gdb，在gdb中用attach process-id 命令来挂接进程的PID。并用detach来取消挂接的进程。

6 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。offset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 cond
...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]
info watchpoints [n]

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
查看观察点、断点和捕捉点信息，同info break 一样.

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 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 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
清除所有设置在函数上的停止点。

clear linenum
清除所有设置在指定行上的停止点。
clear filename:linenum
清除所有设置在指定文件：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 ",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 不能告诉GDB要停在哪个函数的入口。当然，你可以使用break 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 on
打开step-mode模式，于是，在进行单步跟踪时，程序会因为没有debug信息而停住。这个参数有很利于查看机器码。

set step-mod off
关闭step-mode模式。This is the default.
show step-mode
Show whether gdb will stop in or step over functions without source line debug
information.
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。

1 2 3 4 5 6 7 8

94 int factorial (int value) 95 { 96 if (value > 1) {   97 value *= factorial (value - 1); 98 } 99 return (value); 100 }

stepi 或 si 或 stepi repeatCount

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可以单步执行机器指令。

 

5、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。默认打印10行，还是来看一看查看源代码的GDB命令吧。

list linenum
Print lines centered around line number linenum in the current source file.

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。(unless the list argument explicitly specifies some other number)

show listsize
查看当前listsize的设置。
list命令还有下面的用法：
list first,last
Print lines from first to last. Both arguments are linespecs.

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：
number 
Specifies line number of the current source file. When a list command has

two linespecs, this refers to the same source file as the first linespec.
<+offset> 当前行号的正偏移量。
<-offset> 当前行号的负偏移量。