gdb单步调试

Question

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。让我们一一看来。

一个调试示例

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源程序： tst.c

     1 #include <stdio.h>

     2

     3 int func(int n)

     4 {

     5         int sum=0,i;

     6         for(i=0; i<n; 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 \n", result );

    24        printf("result[1-250] = %d \n", func(250) );

    25 }

编译生成执行文件：（ Linux 下）

    hchen/test> cc -g tst.c -o tst

使用 GDB 调试：

hchen/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 <stdio.h>

2

3        int func(int n)

4        {

5                int sum=0,i;

6                for(i=0; i<n; 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/hchen/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 \n", 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 。

hchen/test>

好了，有了以上的感性认识，还是让我们来系统地认识一下 gdb 吧。

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 [n]

    info break [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

        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。

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>

    clear <filename:function>

        清除所有设置在函数上的停止点。

    clear <linenum>

    clear <filename:linenum>

        清除所有设置在指定行上的停止点。

    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_r>

        修改断点号为 bnum 的停止条件为 expression_r 。

    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\n",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 <function> 不能告诉 GDB 要停在哪个函数的入口。当然，你可以使用 break <function(type)> 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

    set step-mode on

        打开 step-mode 模式，于是，在进行单步跟踪时，程序不会因为没有 debug 信息而不停住。这个参数有很利于查看机器码。

    set step-mod off

        关闭 step-mode 模式。

    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。

    stepi 或 si

    nexti 或 ni

        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 和 nexti 可以单步执行机器指令。与之一样有相同功能的命令是 “ display/i $pc ” ，当运行完这个命令后，单步跟踪会在打出程序代码的同时打出机器指令（也就是汇编代码）

九、信号（ Signals ）

信号是一种软中断，是一种处理异步事件的方法。一般来说，操作系统都支持许多信号。尤其是 UNIX ，比较重要应用程序一般都会处理信号。 UNIX 定义了许多信号，比如 SIGINT 表示中断字符信号，也就是 Ctrl+C 的信号， SIGBUS 表示硬件故障的信号； SIGCHLD 表示子进程状态改变信号； SIGKILL 表示终止程序运行的信号，等等。信号量编程是 UNIX 下非常重要的一种技术。

GDB 有能力在你调试程序的时候处理任何一种信号，你可以告诉 GDB 需要处理哪一种信号。你可以要求 GDB 收到你所指定的信号时，马上停住正在运行的程序，以供你进行调试。你可以用 GDB 的 handle 命令来完成这一功能。

    handle <signal> <keywords...>

        在 GDB 中定义一个信号处理。信号 <signal> 可以以 SIG 开头或不以 SIG 开头，可以用定义一个要处理信号的范围（如： SIGIO-SIGKILL ，表示处理从 SIGIO 信号到 SIGKILL 的信号，其中包括 SIGIO ， SIGIOT ， SIGKILL 三个信号），也可以使用关键字 all 来标明要处理所有的信号。一旦被调试的程序接收到信号，运行程序马上会被 GDB 停住，以供调试。其 <keywords> 可以是以下几种关键字的一个或多个。

        nostop

            当被调试的程序收到信号时， GDB 不会停住程序的运行，但会打出消息告诉你收到这种信号。

        stop

            当被调试的程序收到信号时， GDB 会停住你的程序。

        print

            当被调试的程序收到信号时， GDB 会显示出一条信息。

        noprint

            当被调试的程序收到信号时， GDB 不会告诉你收到信号的信息。

        pass

        noignore

            当被调试的程序收到信号时， GDB 不处理信号。这表示， GDB 会把这个信号交给被调试程序会处理。

        nopass

        ignore

            当被调试的程序收到信号时， GDB 不会让被调试程序来处理这个信号。

    info signals

    info handle

        查看有哪些信号在被 GDB 检测中。

十、线程（ Thread Stops ）

如果你程序是多线程的话，你可以定义你的断点是否在所有的线程上，或是在某个特定的线程。 GDB 很容易帮你完成这一工作。

    break <linespec> thread <threadno>

    break <linespec> thread <threadno> if ...

        linespec 指定了断点设置在的源程序的行号。 threadno 指定了线程的 ID ，注意，这个 ID 是 GDB 分配的，你可以通过 “ info threads ” 命令来查看正在运行程序中的线程信息。如果你不指定 thread <threadno> 则表示你的断点设在所有线程上面。你还可以为某线程指定断点条件。如：

  

        (gdb) break frik.c:13 thread 28 if bartab > lim

    当你的程序被 GDB 停住时，所有的运行线程都会被停住。这方便你你查看运行程序的总体情况。而在你恢复程序运行时，所有的线程也会被恢复运行。那怕是主进程在被单步调试时。

查看栈信息

—————

当程序被停住了，你需要做的第一件事就是查看程序是在哪里停住的。当你的程序调用了一个函数，函数的地址，函数参数，函数内的局部变量都会被压入 “ 栈 ” （ Stack ）中。你可以用 GDB 命令来查看当前的栈中的信息。

下面是一些查看函数调用栈信息的 GDB 命令：

    backtrace

    bt

        打印当前的函数调用栈的所有信息。如：

      

        (gdb) bt

        #0  func (n=250) at tst.c:6

        #1  0x08048524 in main (argc=1, argv=0xbffff674) at tst.c:30

        #2  0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6

      

        从上可以看出函数的调用栈信息： __libc_start_main --> main() --> func()

      

  

    backtrace <n>

    bt <n>

        n 是一个正整数，表示只打印栈顶上 n 层的栈信息。

    backtrace <-n>

    bt <-n>

        -n 表一个负整数，表示只打印栈底下 n 层的栈信息。

      

如果你要查看某一层的信息，你需要在切换当前的栈，一般来说，程序停止时，最顶层的栈就是当前栈，如果你要查看栈下面层的详细信息，首先要做的是切换当前栈。

    frame <n>

    f <n>

        n 是一个从 0 开始的整数，是栈中的层编号。比如： frame 0 ，表示栈顶， frame 1 ，表示栈的第二层。

  

    up <n>

        表示向栈的上面移动 n 层，可以不打 n ，表示向上移动一层。

      

    down <n>

        表示向栈的下面移动 n 层，可以不打 n ，表示向下移动一层。

      

    上面的命令，都会打印出移动到的栈层的信息。如果你不想让其打出信息。你可以使用这三个命令：

  

            select-frame <n> 对应于 frame 命令。

            up-silently <n> 对应于 up 命令。

            down-silently <n> 对应于 down 命令。

  

查看当前栈层的信息，你可以用以下 GDB 命令：

    frame 或 f

        会打印出这些信息：栈的层编号，当前的函数名，函数参数值，函数所在文件及行号，函数执行到的语句。

  

    info frame

    info f

        这个命令会打印出更为详细的当前栈层的信息，只不过，大多数都是运行时的内内地址。比如：函数地址，调用函数的地址，被调用函数的地址，目前的函数是由什么样的程序语言写成的、函数参数地址及值、局部变量的地址等等。如：

            (gdb) info f

            Stack level 0, frame at 0xbffff5d4:

             eip = 0x804845d in func (tst.c:6); saved eip 0x8048524

             called by frame at 0xbffff60c

             source language c.

             Arglist at 0xbffff5d4, args: n=250

             Locals at 0xbffff5d4, Previous frame's sp is 0x0

             Saved registers:

              ebp at 0xbffff5d4, eip at 0xbffff5d8

            

     info args

        打印出当前函数的参数名及其值。

   

     info locals

        打印出当前函数中所有局部变量及其值。

      

     info catch

        打印出当前的函数中的异常处理信息。

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。