Linux高级编程--04.GDB调试程序（设置断点）

时间：2023-07-06 16:36:38

调试已运行的程序

  1. 在UNIX下用ps查看正在运行的程序的PID（进程ID），然后用gdb PID格式挂接正在运行的程序。
  2. 先用gdb 关联上源代码，并进行gdb，在gdb中用attach命令来挂接进程的PID。并用detach来取消挂接的进程。

暂停 / 恢复程序运行

调试程序中，暂停程序运行是必须的，GDB可以方便地暂停程序的运行。你可以设置程序的在哪行停住，在什么条件下停住，在收到什么信号时停往等等。以便于你查看运行时的变量，以及运行时的流程。

当进程被gdb停住时，你可以使用info program 来查看程序的是否在运行，进程号，被暂停的原因。

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。

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 ：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 ：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 ： …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]

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 ：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 ：当表达式（变量）expr被读时，停住程序。
  • awatch ：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。

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 ： 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 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 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 ：只设置一次捕捉点，当程序停住以后，应点被自动删除。

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 / clear ： 清除所有设置在函数上的停止点。
  • clear / clear ： 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。

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 ：修改断点号为bnum的停止条件为expression。
  • condition ：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 ：表示忽略断点号为bnum的停止条件count次。

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。

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 不能告诉GDB要停在哪个函数的入口。当然，你可以使用break 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。

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 ：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 ：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 / 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 / si ：
  • nexti / 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）

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 ： 在GDB中定义一个信号处理。信号可以以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。

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 thread / break thread 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 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。

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