在Linux系统下使用GDB调试C++程序【命令行调试与vscode编译器调试】

1. Linux下编译器，调试器安装

sudo apt update

sudo apt install build-essential gdb //安装三个软件

查看安装是否成功

gcc --version
g++ --version
gdb --version

2. GDB调试器介绍

1. 概述

• GDB(GNU Debugger) 是一个用来调试 C/C++ 程序的功能的调试器，是Linux系统开发C/C++最常用的调试器

• 程序员可以使用GDB来跟踪程序中的错误，从而减少程序员的工作量

• Linux开发C/C++一定要熟悉GDB

• VScode是通过调用GDB调试器来实现C/C++调试工作的，而vscode可以在linux和windows环境下运行

Windows中，常用的集成开发环境，如VS，VC等已经内嵌了相应的调试器

GDB的主要功能：

• 设置断点（断点可以是条件表达式）
• 使程序在指定的代码上暂停执行，便于观察
• 单步执行程序，便于调试
• 查看程序中变量值的变化
• 动态改变程序的执行环境
• 分析崩溃程序产生的core文件

2. 常用调试命令参数

调试开始：执行gdb [exefilename]，进入gdb调试程序，其中exfilename为要调试的执行文件名，以下命令后括号内为命令的简化使用，比如 run(r)，直接输入命令 r 就代表命令 run

help(h) #查看命令帮助，具体命令查询在gdb 中输入help + 命令
run(r) #重新开始运行文件（run-text:加载文本文件，run-bin:加载二进制文件）
start(s) #单步执行，运行程序，停在第一行执行语句
list(l) #查看源代码（list-n从第n行开始查看代码。list+函数名：查看具体函数）
set #设置变量的值
next(n) #单步调试（逐过程，函数直接执行）
step(s) #单步调试（逐语句，跳入自定义函数内部执行）
backtrace(bt) #查看函数的调用栈帧和层级关系
frame(f) #切换函数的栈帧
info(i) #查看函数内部局部变量的数值
finish #结束当前函数，返回到函数调用点
continue(c) #继续执行
print(p) #打印值及地址
quit(q) #退出gdb
break + num(b) #在某行达断点
info + breakpoints #查看当前设置的所有断点
delete + breakpoints num(d) #删除第num个断点
display #跟踪查看具体的变量值
undisplay #取消跟踪观察变量
watch #被设置观察点的变量发生修改时，打印显示
i watch #显示观察点
enable breakpoints #启用断点
disable breakpoints #禁用断点
x #查看内存x/20xw 显示20个单元，16进制，4个字节没单元
run argv[1] argv[2] #调试命令传参
set follow-fork-mode child #Makefile项目管理，选择跟踪父子进程（fork）

1. 编译源代码时需要加上 -g ，产生的可执行文件才能用 gdb 进行调试，例如：gcc -g main.cpp -o main
2. 回车键：重复上一条命令

3. Linux下C++命令行调试实战

0. 安装超级终端Terminator

sudo apt install terminator

具体使用方法可以查看博文：第七章：超级终端Terminator

1. 准备代码

创建一个C++源代码文件 src/04_debug/sum.cpp，添加以下代码

#include 
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int N = 100;
    int sum = 0;
    int i = 1;
    
    while(i <= N){
        sum = sum + i;
        i = i + 1;
    }
    
    cout << "sum = " << sum <<endl;
    cout << "The program is over " <<endl;
    
    return 0;
}

2. 进入调试模式

在进入调试模式之前，先编译源代码，如下过程。

普通编译方式

g++ sum.cpp -o no_g.out

编译出用于调试的可执行文件

g++ -g sum.cpp -o yes_g.out

使用gdb命令进行调试，如果我们调试 no_g.out ，将会提示错误。因为no_g.out这个可执行文件不包含用于调试的信息，输入quit再按回车即可，通过gdb yes_g.out指令执行包含调试信息的可执行文件，看到以下输出

此时可以正常进入调试

3. 调试过程

直接执行

run

或者使用简写r，运行结果如下图

在第11行打断点

break 11

运行结果如下图

也可以使用简写的方式，在第12行打断点

b 12

结果如下图

使用info breakpoints指令或者指令简写i b查看当前的断点，如下图结果

使用run指令或者r指令执行程序，此时命中了第11行断点，如下图内容

此时可以查看变量的值，如查看i的值，可以使用print i或者p i指令，如下图

此时程序执行到第11行处，如果我们需要继续执行，输入continue指令并按回车即可，程序将执行到代码的第12行，如下图

因为我们是在while循环体内，i的值将不断变化，如果我们需要跟踪i值的变化，需要输入display i指令即可，再输入continue指令让程序单步执行，每次都会打印i的值，如下图

可以观察到，通过循环，又回到了第一个断点，此时i的值已经变成了2。在gdb调试中，如果我们只按回车键，gdb将执行我们最后一次输入的指令，所以我们可以一直按回车键继续让程序单步执行。

当断点执行都某个位置时，我们想要查看断点附近5行的代码，可以执行list指令进行查看，如下图

4. Linux下vscode使用cmake和gdb：

1. vscode中安装插件：cmake tools插件，cmake插件。C/C++ 插件

2. 书写CMakeLists.txt，编译得到可执行文件：具体步骤查看博文：3.7.1 外部构建方式举例，然后调试通过CMake编译得到的可执行文件

3. 注意，在CMakeLists.txt文件中不要优化编译-O2，与调试会发送冲突，并添加可调试指令
   

4. 点击左侧调试按钮，选择编译环境
   

5. 选择配置
   

6. 此时显示launch.json文件，替换program属性值为需要调试的可执行文件【绝对路径】
   

参数解释：preLaunchTask: 该参数定义调试器启动之前的执行任务。默认配置文件中可能并不包含该参数，我们需要手动添加，用于自动编译变更后的 C++ 代码。该字段的功能是根据taks.json文件自动编译新的可执行文件。tasks.json文件的目的就是做调试之前的编译工作，程序员无须反复编译

7. 通过 terminal -> Configure Default Build Task 菜单，并选择 Create tasks.json file from template -> Others 选项创建任务配置文件，文件创建位置为 .vscode/tasks.json，默认配置内容如下

{
    // See https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=733558
    // for the documentation about the tasks.json format
    "version": "2.0.0",
    "tasks": [
        {
            "label": "echo",
            "type": "shell",
            "command": "echo Hello"
        }
    ]
}

如：在build文件路径下自动执行camke和make指令。我们需要将任务配置文件修改为如下内容，

{
    // See https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=733558
    // for the documentation about the tasks.json format
    "version": "2.0.0",
    "options": {
        "cwd": "${workspaceFolder}/build"
    },
    "tasks": [
        {
            "type": "shell",
            "label": "cmake",
            "command": "cmake",
            "args": [
                ".."
            ]
        },
        {
            "label": "make",
            "group": {
                "kind": "build",
                "isDefault": true
            },
            "command": "make",
            "args": []
        },
        {
            "label": "build",
            "dependsOrder": "sequence",
            "dependsOn": [
                "cmake",
                "make"
            ]
        }
    ],
}

同时也要修改launch.json中的preLaunchTask字段：

8. 此时再按下F5就会自动化调试，不用手动编译，会生成新的可执行文件进行调试

5. 补充：关于vscode的一些标识和快捷键

换行符的区别

高频使用快捷键：

在 Ctrl+P 窗口下还可以:

• 直接输入文件名，跳转到文件

• ? 列出当前可执行的动作

• ! 显示 Errors或 Warnings，也可以 Ctrl+Shift+M

• : 跳转到行数，也可以 Ctrl+G 直接进入

• @ 跳转到 symbol（搜索变量或 者函数），也可以 Ctrl+Shift+O 直接进入

• @ 根据分类跳转 symbol，查找属性或函数，也可以 Ctrl+Shift+O 后输入:进入

• #根据名字查找 symbol，也可以 Ctrl+T

快捷键：编辑器与窗口管理

• 打开一个新窗口：Ctrl+Shift+N

• 关闭窗口：Ctrl+Shift+W

• 同时打开多个编辑器（查看多个文件）

• 新建文件 Ctrl+N

• 文件之间切换 Ctrl+Tab

• 切出一个新的编辑器（最多 3 个） Ctrl+\，也可以按住 Ctrl 鼠标点击 Explorer 里的文件名

• 左中右 3 个编辑器的快捷键 Ctrl+1 Ctrl+2 Ctrl+3

3 个编辑器之间循环切换 Ctrl+

• 编辑器换位置， Ctrl+k然后按 Left或 Right
  ↓ 代码编辑相关的快捷键 ↓

快捷键：格式调整

• 代码行缩进 Ctrl+[ 、 Ctrl+]

• Ctrl+C 、 Ctrl+V 复制或剪切当前行/当前选中内容

• 代码格式化：Shift+Alt+F，或 Ctrl+Shift+P 后输入 format code

• 上下移动一行：Alt+Up 或 Alt+Down

• 向上向下复制一行：Shift+Alt+Up 或 Shift+Alt+Down

• 在当前行下边插入一行 Ctrl+Enter

• 在当前行上方插入一行 Ctrl+Shift+Enter

快捷键：光标相关

• 移动到行首：Home

• 移动到行尾：End

• 移动到文件结尾：Ctrl+End

• 移动到文件开头：Ctrl+Home

• 移动到定义处：F12

• 定义处缩略图：只看一眼而不跳转过去 Alt+F12

• 移动到后半个括号：Ctrl+Shift+]

• 选择从光标到行尾：Shift+End

• 选择从行首到光标处：Shift+Home

• 删除光标右侧的所有字：Ctrl+Delete

• 扩展/缩小选取范围：Shift+Alt+Left 和 Shift+Alt+Right

• 多行编辑(列编辑)：Alt+Shift+鼠标左键，Ctrl+Alt+Down/Up

• 同时选中所有匹配：Ctrl+Shift+L

• Ctrl+D 下一个匹配的也被选中 (在 sublime 中是删除当前行，后面自定义快键键中，设置与 Ctrl+Shift+K 互换了)

• 回退上一个光标操作：Ctrl+U

快捷键：重构代码

• 找到所有的引用：Shift+F12

• 同时修改本文件中所有匹配的：Ctrl+F12

• 重命名：比如要修改一个方法名，可以选中后按 F2，输入新的名字，回车，会发现所有的文件都修改了

• 跳转到下一个 Error 或 Warning：当有多个错误时可以按 F8 逐个跳转

• 查看 diff：在 explorer 里选择文件右键 Set file to compare，然后需要对比的文件上右键选择 Compare with file_name_you_chose

快捷键：查找替换

• 查找 Ctrl+F

• 查找替换 Ctrl+H

• 整个文件夹中查找 Ctrl+Shift+F

快捷键：显示相关

• 全屏：F11

• zoomIn/zoomOut：Ctrl +/-

• 侧边栏显/隐：Ctrl+B

• 显示资源管理器 Ctrl+Shift+E

• 显示搜索 Ctrl+Shift+F

• 显示 Git Ctrl+Shift+G

• 显示 Debug Ctrl+Shift+D

• 显示 Output Ctrl+Shift+U

固定打开的文件

• 双击标题栏或文件栏中的文件

参考博文：基于VSCode和CMake实现C/C++开发 | Linux篇