使用 Delve 代替 Println 来调试 Go 程序

Question

Delve 是能让调试变成轻而易举的事的万能工具包。

你上次尝试去学习一种新的编程语言时什么时候？你有没有持之以恒，你是那些在新事物发布的第一时间就勇敢地去尝试的一员吗？不管怎样，学习一种新的语言也许非常有用，也会有很多乐趣。

你尝试着写简单的 “Hello, world!”，然后写一些示例代码并执行，继续做一些小的修改，之后继续前进。我敢保证我们都有过这个经历，不论我们使用哪种技术。假如你尝试用一段时间一种语言，并且你希望能够精通它，那么有一些事物能在你的进取之路上帮助你。

其中之一就是调试器。有些人喜欢在代码中用简单的 “print” 语句进行调试，这种方式很适合代码量少的简单程序；然而，如果你处理的是有多个开发者和几千行代码的大型项目，你应该使用调试器。

最近我开始学习 Go 编程语言了，在本文中，我们将探讨一种名为 Delve 的调试器。Delve 是专门用来调试 Go 程序的工具，我们会借助一些 Go 示例代码来了解下它的一些功能。不要担心这里展示的 Go 示例代码；即使你之前没有写过 Go 代码也能看懂。Go 的目标之一是简单，因此代码是始终如一的，理解和解释起来都很容易。

Delve 介绍

Delve 是托管在 GitHub 上的一个开源项目。

它自己的文档中写道：

Delve 是 Go 编程语言的调试器。该项目的目标是为 Go 提供一个简单、全功能的调试工具。Delve 应该是易于调用和易于使用的。当你使用调试器时，事情可能不会按你的思路运行。如果你这样想，那么你不适合用 Delve。

让我们来近距离看一下。

我的测试系统是运行着 Fedora Linux 的笔记本电脑，Go 编译器版本如下：

$ cat /etc/fedora-release
Fedora release 30 (Thirty)
$
$ go version
go version go1.12.17 linux/amd64
$

Golang 安装

如果你没有安装 Go，你可以运行下面的命令，很轻松地就可以从配置的仓库中获取。

$ dnf install golang.x86_64

或者，你可以在 安装页面 找到适合你的操作系统的其他安装版本。

在开始之前，请先确认已经设置好了 Go 工具依赖的下列各个路径。如果这些路径没有设置，有些示例可能不能正常运行。你可以在 SHELL 的 RC 文件中轻松设置这些环境变量，我的机器上是在 $HOME/bashrc 文件中设置的。

$ go env | grep GOPATH
GOPATH="/home/user/go"
$
$ go env | grep GOBIN
GOBIN="/home/user/go/gobin"
$

Delve 安装

你可以像下面那样，通过运行一个简单的 go get 命令来安装 Delve。 go get 是 Golang 从外部源下载和安装需要的包的方式。如果你安装过程中遇到了问题，可以查看 Delve 安装教程 。

$ go get -u github.com/go-delve/delve/cmd/dlv
$

运行上面的命令，就会把 Delve 下载到你的 $GOPATH 的位置，如果你没有把 $GOPATH 设置成其他值，那么默认情况下 $GOPATH 和 $HOME/go 是同一个路径。

你可以进入 go/ 目录，你可以在 bin/ 目录下看到 dlv 。

$ ls -l $HOME/go
total 8
drwxrwxr-x. 2 user user 4096 May 25 19:11 bin
drwxrwxr-x. 4 user user 4096 May 25 19:21 src
$
$ ls -l ~/go/bin/
total 19596
-rwxrwxr-x. 1 user user 20062654 May 25 19:17 dlv
$

因为你把 Delve 安装到了 $GOPATH ，所以你可以像运行普通的 shell 命令一样运行它，即每次运行时你不必先进入它所在的目录。你可以通过 version 选项来验证 dlv 是否正确安装。示例中安装的版本是 1.4.1。

$ which dlv
~/go/bin/dlv
$
$ dlv version
Delve Debugger
Version: 1.4.1
Build: $Id: bda606147ff48b58bde39e20b9e11378eaa4db46 $
$

现在，我们一起在 Go 程序中使用 Delve 来理解下它的功能以及如何使用它们。我们先来写一个 hello.go ，简单地打印一条 Hello, world! 信息。

记着，我把这些示例程序放到了 $GOBIN 目录下。

$ pwd
/home/user/go/gobin
$
$ cat hello.go
package main

import "fmt"

func main() {
        fmt.Println("Hello, world!")
}
$

运行 build 命令来编译一个 Go 程序，它的输入是 .go 后缀的文件。如果程序没有语法错误，Go 编译器把它编译成一个二进制可执行文件。这个文件可以被直接运行，运行后我们会在屏幕上看到 Hello, world! 信息。

$ go build hello.go
$
$ ls -l hello
-rwxrwxr-x. 1 user user 1997284 May 26 12:13 hello
$
$ ./hello
Hello, world!
$

在 Delve 中加载程序

把一个程序加载进 Delve 调试器有两种方式。

在源码编译成二进制文件之前使用 debug 参数

第一种方式是在需要时对源码使用 debug 命令。Delve 会为你编译出一个名为 __debug_bin 的二进制文件，并把它加载进调试器。

在这个例子中，你可以进入 hello.go 所在的目录，然后运行 dlv debug 命令。如果目录中有多个源文件且每个文件都有自己的主函数，Delve 则可能抛出错误，它期望的是单个程序或从单个项目构建成单个二进制文件。如果出现了这种错误，那么你就应该用下面展示的第二种方式。

$ ls -l
total 4
-rw-rw-r--. 1 user user 74 Jun  4 11:48 hello.go
$
$ dlv debug
Type 'help' for list of commands.
(dlv)

现在打开另一个终端，列出目录下的文件。你可以看到一个多出来的 __debug_bin 二进制文件，这个文件是由源码编译生成的，并会加载进调试器。你现在可以回到 dlv 提示框继续使用 Delve。

$ ls -l
total 2036
-rwxrwxr-x. 1 user user 2077085 Jun  4 11:48 __debug_bin
-rw-rw-r--. 1 user user      74 Jun  4 11:48 hello.go
$

使用 exec 参数

如果你已经有提前编译好的 Go 程序或者已经用 go build 命令编译完成了，不想再用 Delve 编译出 __debug_bin 二进制文件，那么第二种把程序加载进 Delve 的方法在这些情况下会很有用。在上述情况下，你可以使用 exec 命令来把整个目录加载进 Delve 调试器。

$ ls -l
total 4
-rw-rw-r--. 1 user user 74 Jun  4 11:48 hello.go
$
$ go build hello.go
$
$ ls -l
total 1956
-rwxrwxr-x. 1 user user 1997284 Jun  4 11:54 hello
-rw-rw-r--. 1 user user      74 Jun  4 11:48 hello.go
$
$ dlv exec ./hello
Type 'help' for list of commands.
(dlv)

查看 delve 帮助信息

在 dlv 提示符中，你可以运行 help 来查看 Delve 提供的多种帮助选项。命令列表相当长，这里我们只列举一些重要的功能。下面是 Delve 的功能概览。

(dlv) help
The following commands are available:

Running the program:

Manipulating breakpoints:

Viewing program variables and memory:

Listing and switching between threads and goroutines:

Viewing the call stack and selecting frames:

Other commands:

Type help followed by a command for full documentation.
(dlv)

设置断点

现在我们已经把 hello.go 程序加载进了 Delve 调试器，我们在主函数处设置断点，稍后来确认它。在 Go 中，主程序从 main.main 处开始执行，因此你需要给这个名字提供个 break 命令。之后，我们可以用 breakpoints 命令来检查断点是否正确设置了。

不要忘了你还可以用命令简写，因此你可以用 b main.main 来代替 break main.main ，两者效果相同， bp 和 breakpoints 同理。你可以通过运行 help 命令查看帮助信息来找到你想要的命令简写。

(dlv) break main.main
Breakpoint 1 set at 0x4a228f for main.main() ./hello.go:5
(dlv) breakpoints
Breakpoint runtime-fatal-throw at 0x42c410 for runtime.fatalthrow() /usr/lib/golang/src/runtime/panic.go:663 (0)
Breakpoint unrecovered-panic at 0x42c480 for runtime.fatalpanic() /usr/lib/golang/src/runtime/panic.go:690 (0)
        print runtime.curg._panic.arg
Breakpoint 1 at 0x4a228f for main.main() ./hello.go:5 (0)
(dlv)

程序继续执行

现在，我们用 continue 来继续运行程序。它会运行到断点处中止，在我们的例子中，会运行到主函数的 main.main 处中止。从这里开始，我们可以用 next 命令来逐行执行程序。请注意，当我们运行到 fmt.Println("Hello, world!") 处时，即使我们还在调试器里，我们也能看到打印到屏幕的 Hello, world! 。

(dlv) continue
> main.main() ./hello.go:5 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x4a228f)
     1: package main
     2:
     3: import "fmt"
     4:
=>   5:      func main() {
     6:         fmt.Println("Hello, world!")
     7: }
(dlv) next
> main.main() ./hello.go:6 (PC: 0x4a229d)
     1: package main
     2:
     3: import "fmt"
     4:
     5: func main() {
=>   6:              fmt.Println("Hello, world!")
     7: }
(dlv) next
Hello, world!
> main.main() ./hello.go:7 (PC: 0x4a22ff)
     2:
     3: import "fmt"
     4:
     5: func main() {
     6:         fmt.Println("Hello, world!")
=>   7:      }
(dlv)

退出 Delve

你随时可以运行 quit 命令来退出调试器，退出之后你会回到 shell 提示符。相当简单，对吗？

(dlv) quit
$

Delve 的其他功能

我们用其他的 Go 程序来探索下 Delve 的其他功能。这次，我们从 golang 教程 中找了一个程序。如果你要学习 Go 语言，那么 Golang 教程应该是你的第一站。

下面的程序， functions.go 中简单展示了 Go 程序中是怎样定义和调用函数的。这里，我们有一个简单的把两数相加并返回和值的 add() 函数。你可以像下面那样构建程序并运行它。

$ cat functions.go
package main

import "fmt"

func add(x int, y int) int {
        return x + y
}

func main() {
        fmt.Println(add(42, 13))
}
$

你可以像下面那样构建和运行程序。

$ go build functions.go  && ./functions
55
$

进入函数

跟前面展示的一样，我们用前面提到的一个选项来把二进制文件加载进 Delve 调试器，再一次在 main.main 处设置断点，继续运行程序直到断点处。然后执行 next 直到 fmt.Println(add(42, 13)) 处；这里我们调用了 add() 函数。我们可以像下面展示的那样，用 Delve 的 step 命令从 main 函数进入 add() 函数。

$ dlv debug
Type 'help' for list of commands.
(dlv) break main.main
Breakpoint 1 set at 0x4a22b3 for main.main() ./functions.go:9
(dlv) c
> main.main() ./functions.go:9 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x4a22b3)
     4:
     5: func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
=>   9:      func main() {
    10:         fmt.Println(add(42, 13))
    11: }
(dlv) next
> main.main() ./functions.go:10 (PC: 0x4a22c1)
     5: func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
     9: func main() {
=>  10:              fmt.Println(add(42, 13))
    11: }
(dlv) step
> main.add() ./functions.go:5 (PC: 0x4a2280)
     1: package main
     2:
     3: import "fmt"
     4:
=>   5:      func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
     9: func main() {
    10:         fmt.Println(add(42, 13))
(dlv)

使用 文件名:行号 来设置断点

上面的例子中，我们经过 main 函数进入了 add() 函数，但是你也可以在你想加断点的地方直接使用“文件名:行号”的组合。下面是在 add() 函数开始处加断点的另一种方式。

(dlv) break functions.go:5
Breakpoint 1 set at 0x4a2280 for main.add() ./functions.go:5
(dlv) continue
> main.add() ./functions.go:5 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x4a2280)
     1: package main
     2:
     3: import "fmt"
     4:
=>   5:      func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
     9: func main() {
    10:         fmt.Println(add(42, 13))
(dlv)

查看当前的栈信息

现在我们运行到了 add() 函数，我们可以在 Delve 中用 stack 命令查看当前栈的内容。这里在 0 位置展示了栈顶的函数 add() ，紧接着在 1 位置展示了调用 add() 函数的 main.main 。在 main.main 下面的函数属于 Go 运行时，是用来处理加载和执行该程序的。

(dlv) stack
0  0x00000000004a2280 in main.add
   at ./functions.go:5
1  0x00000000004a22d7 in main.main
   at ./functions.go:10
2  0x000000000042dd1f in runtime.main
   at /usr/lib/golang/src/runtime/proc.go:200
3  0x0000000000458171 in runtime.goexit
   at /usr/lib/golang/src/runtime/asm_amd64.s:1337
(dlv)

在帧之间跳转

在 Delve 中我们可以用 frame 命令实现帧之间的跳转。在下面的例子中，我们用 frame 实现了从 add() 帧跳到 main.main 帧，以此类推。

(dlv) frame 0
> main.add() ./functions.go:5 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x4a2280)
Frame 0: ./functions.go:5 (PC: 4a2280)
     1: package main
     2:
     3: import "fmt"
     4:
=>   5:      func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
     9: func main() {
    10:         fmt.Println(add(42, 13))
(dlv) frame 1
> main.add() ./functions.go:5 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x4a2280)
Frame 1: ./functions.go:10 (PC: 4a22d7)
     5: func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
     9: func main() {
=>  10:              fmt.Println(add(42, 13))
    11: }
(dlv)

打印函数参数

一个函数通常会接收多个参数。在 add() 函数中，它的入参是两个整型。Delve 有个便捷的 args 命令，它能打印出命令行传给函数的参数。

(dlv) args
x = 42
y = 13
~r2 = 824633786832
(dlv)

查看反汇编码

由于我们是调试编译出的二进制文件，因此如果我们能查看编译器生成的汇编语言指令将会非常有用。Delve 提供了一个 disassemble 命令来查看这些指令。在下面的例子中，我们用它来查看 add() 函数的汇编指令。

(dlv) step
> main.add() ./functions.go:5 (PC: 0x4a2280)
     1: package main
     2:
     3: import "fmt"
     4:
=>   5:      func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
     9: func main() {
    10:         fmt.Println(add(42, 13))
(dlv) disassemble
TEXT main.add(SB) /home/user/go/gobin/functions.go
=>   functions.go:5  0x4a2280   48c744241800000000   mov qword ptr [rsp+0x18], 0x0
        functions.go:6  0x4a2289   488b442408           mov rax, qword ptr [rsp+0x8]
        functions.go:6  0x4a228e   4803442410           add rax, qword ptr [rsp+0x10]
        functions.go:6  0x4a2293   4889442418           mov qword ptr [rsp+0x18], rax
        functions.go:6  0x4a2298   c3                   ret
(dlv)

单步退出函数

另一个功能是 stepout ，这个功能可以让我们跳回到函数被调用的地方。在我们的例子中，如果我们想回到 main.main 函数，我们只需要简单地运行 stepout 命令，它就会把我们带回去。在我们调试大型代码库时，这个功能会是一个非常便捷的工具。

(dlv) stepout
> main.main() ./functions.go:10 (PC: 0x4a22d7)
Values returned:
        ~r2: 55

     5: func add(x int, y int) int {
     6:         return x + y
     7: }
     8:
     9: func main() {
=>  10:              fmt.Println(add(42, 13))
    11: }
(dlv)

打印变量信息

我们一起通过 Go 教程 的另一个示例程序来看下 Delve 是怎么处理 Go 中的变量的。下面的示例程序定义和初始化了一些不同类型的变量。你可以构建和运行程序。

$ cat variables.go
package main

import "fmt"

var i, j int = 1, 2

func main() {
        var c, python, java = true, false, "no!"
        fmt.Println(i, j, c, python, java)
}
$

$ go build variables.go &&; ./variables
1 2 true false no!
$

像前面说过的那样，用 delve debug 在调试器中加载程序。你可以在 Delve 中用 print 命令通过变量名来展示他们当前的值。

(dlv) print c
true
(dlv) print java
"no!"
(dlv)

或者，你还可以用 locals 命令来打印函数内所有的局部变量。

(dlv) locals
python = false
c = true
java = "no!"
(dlv)

如果你不知道变量的类型，你可以用 whatis 命令来通过变量名来打印它的类型。

(dlv) whatis python
bool
(dlv) whatis c
bool
(dlv) whatis java
string
(dlv)

总结

现在我们只是了解了 Delve 所有功能的皮毛。你可以自己去查看帮助内容，尝试下其它的命令。你还可以把 Delve 绑定到运行中的 Go 程序上（守护进程！），如果你安装了 Go 源码库，你甚至可以用 Delve 导出 Golang 库内部的信息。