GDB簡介

常在河邊走，哪有不濕鞋。經(jīng)常編寫程序的人，又怎么可能不遇到bug呢？沒有遇到過bug的程序員不是真正的程序員。當(dāng)程序出現(xiàn)了bug，我們就需要debug，常見的程序錯誤按錯誤類型來分，一般可分為兩種：

• 編譯錯誤
• 運行錯誤

編譯錯誤是指程序在編譯階段遇到的錯誤，比如語法錯誤、語義錯誤等。這種類型的錯誤編譯器一般會幫助我們檢查，當(dāng)遇到此類錯誤時，編譯器就會停止編譯，給出錯誤或警告的信息，我們根據(jù)錯誤的提示，就可以很快解決掉。

運行錯誤是指程序在運行階段遇到的錯誤，比如段錯誤。在運行階段，為了能夠定位出現(xiàn)的錯誤，我們經(jīng)常使用的方法是打?。簩⒊绦蜻\行過程中的一些觀察變量打印出來，看是否符合正常的程序邏輯。打印方法簡單方便，但對于一些隱藏比較深的bug，或者一些跟內(nèi)存相關(guān)的bug，此時再用“打印大法”可能就愛莫能助了。此時，我們經(jīng)常使用的另一種方法是：單步調(diào)試。所謂單步調(diào)試，就是我們可以獲取到控制程序運行的權(quán)限，在人工操作下，程序可以“放慢腳步”，一步一步地執(zhí)行，甚至可以暫停執(zhí)行，方便我們觀察各個變量、內(nèi)存、寄存器的值，看是否符合我們的預(yù)期。

在Windows下調(diào)試程序，我們一般是使用集成開發(fā)環(huán)境（IDE，Integrated Development Environment ）內(nèi)部集成的調(diào)試器（debugger），通過菜單欄的“調(diào)試（debug）”選項，就可以讓程序進入調(diào)試模式：可以單步執(zhí)行程序、暫停程序運行、觀察變量或內(nèi)存的值。

在Linux下調(diào)試程序，因為早期沒有成熟、好用的IDE，一般都是使用GDB來調(diào)試程序。GDB是“GNU Symblic Debugger”的縮寫，是GNU自由軟件下的一個產(chǎn)品，隨著版本不斷地更新迭代，目前最新的GDB版本不僅可以調(diào)試C語言程序，還可以調(diào)試C++、Go、Object-C等編譯型語言。

在Linux下開發(fā)程序，學(xué)會使用GDB是一項基本技能。在Windows下開發(fā)程序，在很多IDE內(nèi)部，往往也集成了GDB，用戶可以通過圖形界面來調(diào)用GDB調(diào)試程序，也可以直接在DOS環(huán)境下直接通過GDB命令來調(diào)試程序。

本教程將會帶領(lǐng)大家熟悉和掌握程序調(diào)試常用的GDB命令，讓我們的開發(fā)工作更加高效。

GDB安裝

很多Linux操作系統(tǒng)默認(rèn)都已經(jīng)安裝了GDB，所以在安裝GDB之前，首先要確實你的當(dāng)前系統(tǒng)有沒有已經(jīng)安裝：

# gdb -v
GNU gdb (Ubuntu 9.2-0ubuntu1~20.04) 9.2
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later 
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

如果出現(xiàn)上面的版本信息，如果GDB已經(jīng)安裝好了；若沒有出現(xiàn)上面的信息，可以使用下面的命令直接安裝：

# apt-get install gdb  Debian系列操作系統(tǒng)安裝命令
# yum install gdb      RedHat系列操作系統(tǒng)安裝命令

Linux操作系統(tǒng)因為開源特性，很多操作系統(tǒng)都是基于開源版本不斷演化，發(fā)展成不同的版本和分支。但總的來說，可以分為三大系：Fedora系、Debian系和SlackWare系。

• RedHat系：Fedora、RHEL、CentOS等，使用yum命令安裝軟件包
• Debian系：Ubuntu、Kali、Knopix等，使用apt-get安裝命令
• SlackWare系：SUSE、OpenSUSE

安裝成功后，再次使用# gdb -v 命令查看是否安裝成功，如果出現(xiàn)gdb的版本信息，說明軟件安裝成功。

GDB源碼安裝

使用yum或apt-get命令，從官方服務(wù)器安裝的軟件包，一般都是穩(wěn)定版，版本比較舊。如果想嘗鮮最先版本的GDB，可以使用源碼安裝。GDB因為是GNU開源工程，所以安裝步驟也是基本的三步：配置、編譯、安裝。

首先，要到GDB官網(wǎng)下載最新版本的源碼包：GDB源碼包官網(wǎng)地址

接下來，解壓這個源碼包，進入源碼包目錄，按照經(jīng)典的三步走：配置、編譯、安裝即可。

# tar xvf gdb-10.1.tar.gz
# cd  gdb-10.1
# ./configure
# make
# make install
# gdb -v
GNU gdb (GDB) 10.1
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
...

快速上手

安裝好GDB后，接下來就要快速上手GDB的使用。GDB和shell類似，采用命令行形式的命令來調(diào)試程序，GDB常用的命令也就10來個，掌握了這些常用的調(diào)試命令，基本上就可以滿足日常程序的調(diào)試需求。

第01步：編譯要調(diào)試的程序

首先，要將需要調(diào)試的源程序編譯為可執(zhí)行文件。以下面的C語言程序為例：

#include 

int main(void)
{
   int sum = 0;
   int i, num;
   
   printf("breakpoint 1\\n");

   printf("input num: ");
   scanf("%d", &num);
   printf("breakpoint 2\\n");

   if(num <= 0)
       printf("input invalid!\\n");
   else
   {
       for(i = 1; i <= num; i++)
           sum += i;
       printf("sum = %d\\n", sum);
   }

   printf("breakpoint 3\\n");
   printf("goodbye!\\n");
   return 0;
}

麻雀雖小，五臟俱全，上面的C語言程序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)求和的簡單功能，但包含了程序的三種基本結(jié)構(gòu)：順序程序結(jié)構(gòu)、選擇程序結(jié)構(gòu)和循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。為方便演示，我們分別在第8行、第12行、第23行設(shè)置了三個打印斷點的函數(shù)。接下來我們編譯這個程序：

# gcc -g -O0 main.c -o a.out

生成的可執(zhí)行文件a.out里都是二進制的機器指令，如果你想要源碼級調(diào)試，就需要在編譯程序時選中：debug選項（-g），生成的debug模式下的可執(zhí)行文件a.out就包含了各種調(diào)試信息，其中最重要的一個信息就是：二進制機器指令和源程序代碼之間的對應(yīng)關(guān)系，有了這個調(diào)試信息，當(dāng)程序運行二進制機器指令的時候，就可以實時顯示對應(yīng)的源代碼，更方便我們閱讀和調(diào)試。如果你在編譯的時候不使用debug模式，而使用release模式，那么程序在運行時，顯示給你的就是二進制的機器代碼或匯編指令，不適合人類閱讀。

為提高程序的運行效率和性能，編譯器在編譯程序時，往往會對源程序進行優(yōu)化，比如常量折疊、緩存、內(nèi)聯(lián)展開等。我們在編譯程序時，也可以通過參數(shù)來控制編譯優(yōu)化級別，一般可分為如下等級：

• -O0：不對程序進行編譯優(yōu)化，默認(rèn)的優(yōu)化等級
• -O1：可以減少目標(biāo)文件的體積和程序執(zhí)行時間
• -O2：在-O1優(yōu)化的基礎(chǔ)上，編譯器不執(zhí)行循環(huán)展開和函數(shù)內(nèi)聯(lián)，增加了代碼的性能
• -Os：在-O2優(yōu)化的基礎(chǔ)上，專門優(yōu)化目標(biāo)文件的大小
• -O3：在-O2優(yōu)化的基礎(chǔ)上，打開了-finline-functions, -funswitch-loops等標(biāo)簽

源程序經(jīng)過編譯器優(yōu)化后，生成的二進制和源代碼之間可能就不是一一對應(yīng)的關(guān)系了。為了更好的演示源碼級調(diào)試，我們在編譯時選擇-O0選項，不對程序進行編譯優(yōu)化。

第02步：進入GDB調(diào)試環(huán)境

需要調(diào)試的可執(zhí)行程序a.out生成以后，接下來就可以使用gdb進行調(diào)試了，可以使用下面的命令來進入GDB調(diào)試環(huán)境，調(diào)試a.out（編譯生成的a.out文件位于/home/gdb目錄下）：

root@ubuntu:/home/gdb# gdb a.out
GNU gdb (Ubuntu 9.2-0ubuntu1~20.04) 9.2
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later //gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.
Type "show copying" and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "x86_64-linux-gnu".
Type "show configuration" for configuration details.
For bug reporting instructions, please see:
//www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.
Find the GDB manual and other documentation resources online at:
   //www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.

For help, type "help".
Type "apropos word" to search for commands related to "word"...
Reading symbols from a.out...
(gdb) r
Starting program: /home/gdb/a.out
breakpoint 1
input num: 3
breakpoint 2
sum = 6
breakpoint 3
goodbye!
[Inferior 1 (process 2768) exited normally]
(gdb) q
root@ubuntu:/home/gdb#

當(dāng)我們使用# gdb a.out時，就會進入交互式的gdb調(diào)試環(huán)境，運行run（可簡寫為 r）命令即可啟動a.out的運行。程序在運行過程中的輸出、輸入和正常運行模式下一樣，程序結(jié)束后，輸入quit（可簡寫為q）命令即可退出GDB調(diào)試環(huán)境，重新返回到SHELL環(huán)境下。

第03步：設(shè)置斷點、打印變量

GDB作為一個調(diào)試器，調(diào)試器該有的功能他都有，比如：設(shè)置斷點、打印變量、單步等。我們在調(diào)試程序時，如果想讓程序在某行暫停，觀察此時的一些寄存器、變量值，此時可以通過GDB的斷點設(shè)置和變量打印功能來實現(xiàn)。

接下來就給大家演示下如何設(shè)置斷點和打印變量：

root@ubuntu:/home/gdb# gdb a.out
GNU gdb (Ubuntu 9.2-0ubuntu1~20.04) 9.2
For help, type "help".
Type "apropos word" to search for commands related to "word"...
Reading symbols from a.out...
(gdb) b 8
Breakpoint 1 at 0x11cb: file main.c, line 8.
(gdb) b 12
Breakpoint 2 at 0x1200: file main.c, line 12.
(gdb) b 23
Breakpoint 3 at 0x1252: file main.c, line 23.
(gdb) r
Starting program: /home/gdb/a.out

Breakpoint 1, main () at main.c:8
8     printf("breakpoint 1\\n");
(gdb) print sum
$1 = 0
(gdb) c
Continuing.
breakpoint 1
input num: 3

Breakpoint 2, main () at main.c:12
12     printf("breakpoint 2\\n");
(gdb) c
Continuing.
breakpoint 2
sum = 6

Breakpoint 3, main () at main.c:23
23     printf("breakpoint 3\\n");
(gdb) print sum
$2 = 6
(gdb) c
Continuing.
breakpoint 3
goodbye!
[Inferior 1 (process 2780) exited normally]
(gdb) q
root@ubuntu:/home/gdb#

重新進入GDB調(diào)試環(huán)境，使用break（可簡寫為b）命令可以在源代碼的具體某一行設(shè)置斷點。設(shè)置好斷點后，使用run命令即可運行程序，程序在運行過程中遇到斷點會暫停下來，程序暫停后，你可以使用print命令來打印某一個具體變量的值。

如果想要程序繼續(xù)運行，可以使用continue命令（可簡寫為c），程序會繼續(xù)運行，直到遇到下一個斷點暫停下來。如果沒有再遇到斷點，程序則會一直執(zhí)行下去，直到運行結(jié)束。

如果想要程序繼續(xù)運行，可以使用continue命令（可簡寫為c），程序會繼續(xù)運行，直到遇到下一個斷點暫停下來。如果沒有再遇到斷點，程序則會一直執(zhí)行下去，直到運行結(jié)束。

在設(shè)置斷點的時候，如果想查看某一行代碼的具體行數(shù)，可以使用list（可簡寫為l）命令查看部分源代碼。多次輸入list命令，GDB就會依次顯示不同的代碼片段，直到你找到要設(shè)置的斷點的行數(shù)為止。

在GDB交互環(huán)境下，當(dāng)你不輸入任何命令，直接敲擊回車鍵（Enter鍵）時，GDB會默認(rèn)執(zhí)行上一次你輸入的命令。所以，當(dāng)你需要多次運行同一個命令時，不需要每次都輸入相同的命令，直接回車，就可以多次重復(fù)執(zhí)行一個命令了。