调试器gdb/cgdb的使用

在软件开发过程中，调试是一个不可或缺的环节。GDB（GNU Debugger）和CGDB（基于GDB的图形化界面调试器）是Linux下常用的调试工具，它们可以帮助开发者深入了解程序的运行状态，快速定位并修复问题。本文将通过一个简单的示例程序，详细介绍如何使用GDB/CGDB进行调试。

一、示例程序

首先，我们来看一个简单的C语言示例程序mycmd.c，该程序计算从start到end的整数之和，并输出结果。

cpp 复制代码

// mycmd.c
#include <stdio.h>

int Sum(int s, int e)
{
    int result = 0;
    for (int i = s; i <= e; i++)
    {
        result += i;
    }
    return result;
}

int main()
{
    int start = 1;
    int end = 100;
    printf("I will begin\n");
    int n = Sum(start, end);
    printf("running done, result is: [%d-%d]=%d\n", start, end, n);
    return 0;
}

二、编译与调试准备

我们先来聊一个话题：软件发布的模式有两种：

debug模式：Debug模式主要用于开发调试阶段，包含调试信息，方便开发者查找问题，但执行效率低、文件体积大。
release模式：Release模式用于软件发布，经过优化，执行效率高、文件体积小，但不包含调试信息，难以调试。

要注意：Linux下我们编译好的代码是无法直接调试的：

在Linux环境下，使用GCC编译器编译源代码时，需要添加-g选项以生成包含调试信息的可执行文件。默认情况下，GCC编译器生成的是release模式的二进制程序，不包含调试信息，因此无法使用GDB进行调试。

也就是说：gcc/g++默认的工作模式是release模式

bash 复制代码

$ gcc mycmd.c -o mycmd # 默认模式，不支持调试
$ file mycmd
mycmd: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=82f5cbaada10a9987d9f325384861a88d278b160, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped

为了进行调试，我们需要重新编译源代码，并添加-g选项：

bash 复制代码

$ gcc mycmd.c -o mycmd -g # debug模式
$ file mycmd
mycmd: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=3d5a2317809ef86c7827e9199cfefa622e3c187f, for GNU/Linux 3.2.0, with debug_info, not stripped

我们会发现加了-g选项进行gcc/g++编译，可执行程序的大小变大了，我们可以看到：

relaese下不包含debug调试信息。

注意注意！！！：程序要进行调试，必须是debug模式！！！😡（gdb操作携带调试信息的exe）

三、GDB/CGDB常用命令

补：安装GDB/CGDB

sudo apt update
sudo apt install gdb

sudo apt update
sudo apt install cgdb

1. 启动调试

使用gdb命令启动调试器，并指定要调试的可执行文件：千万不要去调试源文件！！！不然干嘛还区分release和debug😱

bash 复制代码

$ gdb mycmd

2. 查看源代码

list或l：显示源代码，从上次位置开始，每次列出10行。
list/l 10：从第10行开始显示源代码。
list/l 函数名：列出指定函数的源代码，例如list/l main。
list/l 文件名:行号：列出指定文件的源代码，例如list/l mycmd.c:1。
l 回车: 依次显示其余源代码。

3. 程序执行控制

run或r：从程序开始连续执行。
next或n：单步执行，不进入函数内部。
step或s：单步执行，进入函数内部。
finish：执行到当前函数返回，然后停止。

4. 设置断点

break或b [文件名:]行号：在指定行号设置断点，例如break 10或break test.c:10。

注意：只有打断点时是使用行号，其余对断电的控制是要使用编号的！！！

break 函数名：在函数开头设置断点，例如break main。
info break或info b：查看当前所有断点的信息。

5. 查看变量和表达式

print或p 表达式：打印表达式的值，例如print start+end。
p 变量：打印指定变量的值，例如p x。
set var 变量=值：修改变量的值，例如set var i=10。

6. 继续执行和停止

continue或c：从当前位置开始连续执行程序。
delete breakpoints：删除所有断点。
delete breakpoints n：删除序/编号为n的断点，例如delete breakpoints 1/d 1。

注意：在gdb当中，如果不退出gdb，断点编号依次递增，并不会因为删除断点后编号的覆盖（假设设置了3个断点，删除某几个断点后，在不退出gdb的情况下，再设置一个断点，该断点编号是4）

disable breakpoints：禁用所有断点。
enable breakpoints：启用所有断点。

7. 查看调试信息

info breakpoints/info b：查看当前设置的断点列表。
display 变量名：跟踪显示指定变量的值（每次停止时），地址等等，例如display x。

这个就是我们的监视，是常显示/跟踪显示的效果。

undisplay 编号：取消对指定编号的变量的跟踪显示，例如undisplay 1。
until 行号：执行到指定行号，例如until 20。
backtrace或bt：查看当前执行栈的各级函数调用及参数。

info locals：查看当前栈帧的局部变量值。

locals就是指代所有的局部变量，可以用于display等，方便操作。

8. 退出调试

quit：退出GDB调试器。

我们实际操作发现GDB好难读，好难看，我们以后可以使用CGDB，因为CGDB的命令和GDB是一样的，而去CGDB结合了GDB的强大功能和图形化界面的易用性，使得调试过程更加直观、高效和便捷。无论是新手还是经验丰富的开发者，都可以通过CGDB快速上手并提高调试效率。如果你经常使用GDB进行调试，尝试使用CGDB可能会给你带来更好的调试体验。（动态呈现代码）

注意：gdb+回车是执行最近的指令，方便操作：比如逐语句，逐过程。

四、实际调试示例

假设我们想要调试上述示例程序mycmd.c，并查看Sum函数的执行过程。首先，我们启动CGDB调试器：

bash 复制代码

$ gdb mycmd

然后，我们在main函数和Sum函数的入口处分别设置断点：

bash 复制代码

(gdb) break main
(gdb) break Sum

接下来，我们开始运行程序：

bash 复制代码

(gdb) run

程序会在main函数的入口处停止。此时，我们可以查看当前的源代码：

bash 复制代码

(gdb) list

接着，我们使用next/n命令单步执行，直到进入Sum函数：（相当于逐过程F10）

bash 复制代码

(gdb) next

在Sum函数内部，我们可以使用step/s命令逐行执行（相当于逐语句F11），并查看变量result的值：

bash 复制代码

(gdb) step
(gdb) print result

当我们完成对Sum函数的调试后，可以使用finish命令执行到函数返回：

bash 复制代码

(gdb) finish

最后，我们可以继续执行程序，直到程序结束：

bash 复制代码

(gdb) continue

如果需要退出调试器，可以使用quit命令：

bash 复制代码

(gdb) quit

我们真正知道调试的本质是什么吗？dgb只是一个让我们可视代码的能力，我们才是解决问题的主要，要知道为什么这个变量不是10而是0，为什么这个指针指向的是野指针？等等问题

我们应该找到问题，再查看代码上下文，在gdb中，是有很多用来找到问题的命令：

断点的本质，是把代码进行块级别划分，以块为单位进行快速定位区域！
finish->确定问题是否在函数内
until->局部区域快速执行

假设我们有一个C语言程序，其功能是计算一个整数数组中所有元素的和。程序代码如下：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>

int sumArray(int arr[], int size) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i <= size; i++) { // 这里存在逻辑错误，应该是 i < size
        sum += arr[i];
    }
    return sum;
}

int main() {
    int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);
    int result = sumArray(numbers, size);
    printf("The sum is: %d\n", result);
    return 0;
}

编译并运行程序后，发现输出结果不正确。于是我们使用GDB进行调试：

编译并启动GDB

gcc -g -o array_sum array_sum.c
gdb ./array_sum

设置断点 在sumArray函数的开始处设置断点，以便进入该函数时暂停程序。
```
break sumArray
```
运行程序
```
run
```
查看变量和执行流程 程序在sumArray函数处暂停后，查看变量sum和i的初始值。
```
info locals
```
输出显示sum = 0，i = 0，这是正常的。
使用until命令 我们想快速执行完第一次循环迭代，使用until命令跳到循环的下一次迭代开始处。
```
until 7
```
这里假设循环体的代码在第7行。
检查变量值 再次查看变量值，发现sum已经加上了数组的第一个元素，i也自增了。
```
info locals
```
使用finish命令 为了确定问题是否在sumArray函数内，使用finish命令完成函数执行。
```
finish
```
函数执行完成后，返回到main函数。查看返回值result，发现它比预期的数组元素和要大。
分析问题 通过之前的调试步骤，我们怀疑问题出在sumArray函数的循环条件上。回顾代码，发现循环条件是i <= size，这会导致数组越界访问。因为数组索引是从0开始的，应该使用i < size。
修复错误 修改代码中的循环条件为i < size，重新编译并运行程序，这次输出结果正确。

通过这个过程，我们利用GDB的断点设置、变量查看、until和finish命令，成功定位并修复了程序中的逻辑错误。

五、总结

通过本文的介绍，相信你已经对GDB/CGDB调试器的使用有了基本的了解。在实际开发中，熟练掌握这些调试工具将大大提高你的开发效率，帮助你快速定位和修复程序中的问题。无论是简单的逻辑错误，还是复杂的内存泄漏或并发问题，GDB/CGDB都能为你提供强大的支持。希望本文能成为你在Linux开发旅程中的一个有用的参考。