GDB Crash Course

Notes: gdb

前言

gdb 想必大家都听说过，作为最有名气的调试器之一，却由于其在命令行中运行的特点导致了周围用的人并不算多，加之现代编辑器中的调试功能已经成为标配，在很多时候用自带的调试器就能完成调试了。

但我依旧认为 gdb 十分重要，一是因为如果是多文件编程就不能用 VSCode 中自带的调试器（其实也是 gdb ，套了层 gui ，或许改下 json 能用，但是不打算改），二是因为市面上不同编辑器所带的调试功能用法虽然大同，但总是小异。~~特别是 SCNU 机房的电脑默认 VSCode 配置无法直接调试，但默认装有 gdb（神奇），就不用在期末考试时候换用不熟悉的 VS || DevC++ 了：）~~

2022.01.05 update
不用想在机房用 g++ || gdb 了，首先机房各电脑环境不同，必须要新 Win10 系统才能有环境，其次机房的 g++ 环境似乎也有点问题，编译不出可执行文件，很神秘。写半小时代码，花半小时解决怎么运行。幸好考试简单。。
还是学一手 VS 下的 debug 吧。

正文

前期准备

gdb 在启动时会首先弹一个版权信息，很烦，建议在 ~/.zshrc || ~/.bashrc 中添加 alias
alias gdb="gdb -q" 或者启动时添加 -q 选项 q for quiet
gdb 在退出时会弹一个确认信息，如果你觉得烦，也可以新建文件 ~/.gdbinit 并添加
set confirm off
顺带一提，~/.gdbinit 文件如其名，是 gdb 在启动时会运行的命令，借此能够实现对 gdb 的扩展，如 pwndbg
编译时需要添加特殊参数 -g 代表这个程序编译时要留下调试信息
例如：g++ main.cpp -o main -Wall -g
P.S. 似乎使用了 -O3 编译参数会对 gdb 产生影响？

The gcc docs note that the default debug flags are g and O2, and using g -O0 -fno-inline disables any optimization and function inlining.
这种情况使用 -Og 参数来避免影响（或者干脆 -O0 ）

调试的理念

💡 这部分是我自己的理解，调试用的还少，学的很浅，希望有人补充

先稍微讲下我对调试的理解

一整个软件 | 代码是十分庞大的，人脑处理不过来，更别说各类循环嵌套个三四层（my shitty code would be like）之后基本上就很难判断中间过程实现的对错了。

而最基本的调试就是把大块的代码分开，在运行过程中暂停，能够看到中间变量值来判断实现的对错（breakpoint | print）

更进一步的调试则是底层方面的调试（栈，栈帧，内存地址，call stack，汇编，寄存器 etc.）等不那么显而易见的调试

本文只涉及最基本调试

💡 在下面操作前，先 gdb program_name 进入 gdb 界面

断点

生成断点

从上面的理解来看，调试至少要有运行过程中暂停的功能，这个功能就是 breakpoint AKA 断点

用法 1： break $line_number || break 9

这时候虽然你看不见，但是 gdb 已经打好断点了 Breakpoint 1 at 0x5d94: file main.cpp, line 10.

不过有两点点需要注意，第一点如上文，输入的是第 9 行处打断点，实际上断点产生在第 10 行，这是因为 gdb 会自动找第一个有效执行语句而忽略其他预处理语句如 include namespace define etc. .第二点是如果在想在多文件编程时给其他文件打断点，需要使用 break file_name.c:60

用法 2：break $function_nmae || break main

直接找到函数打断点，适合不知道在第几行但是知道函数名的更多数情况，在使用函数模块化功能以及分文件编程时十分好用！

打断点什么都好，就有一点，break 这个单词太长了，使用频率太高了，虽然 gdb 提供了 tab 自动补全，但还是麻烦，懒是人类第一生产力，gdb 内置了部分使用频率高的功能的缩写。简单来说，对于 break 命令直接输 b 也是等价的

用法 3： b 9 || b main

打完断点之后在 gdb 中直接输入 run 就行了，这就能在断点处暂停执行了，想要执行下一步需要使用 next || step || continue，将在稍后详细对比

删除断点

要是断点给错，用 delete 命令删除，缩写为 d

用法： delete $breakpoint_index || delete 2

注意这里的 2 不是行号，而是断点序号，如果忘记断点序号，使用 info break 查看。相似的，如果想看自己打了哪些断点，也可以使用 info break 来查看。

代码对照

上面提到打断点要知道行号或者函数名，那不得编辑器和 gdb 分屏看？太麻烦了！懒又是人类第一生产力，gdb 其实自带了代码和 gdb 命令行的对照

用法：gdb -tui program_name （在运行 gdb 时添加参数），也可以在 gdb 中 ctrl-x 进入， ctrl-a 退出。

能够展示断点位置，当前执行情况，以及代码的对照

运行程序

在打完断点后就能运行了。在 gdb 中直接输入 r 就行（run 的缩写），这就能在断点处暂停执行了，想要执行下一步需要使用 next || step || continue，将在此详细对比

Step

运行下一步代码，同时遇到自己定义的函数将会追踪进入函数，进一步 debug。缩写为 s

运行下一步代码，但在遇到自己定义的函数不会追踪进入函数，而是直接获取返回值往下运行。简单来说，全程 next 只会执行完 main 函数，而 step 将会执行完每一行代码。缩写为 n

Continue

运行到 breakpoint 或者运行完整个程序。缩写为 c

💡 实际上，上面的介绍顺序是按运行完程序所需操作数来排序的

Until

until 运行至某行停止 (until reach the line) ，一般用来跳出循环，缩写为 u

用法：u $line_number || u 60

同时，在 gdb 下直接回车的作用是重复上一指令，对于单步调试（也就是 step || next 这样一步步进行的调试）非常方便

变量值查看

打完断点，用 step || next || continue 执行下一步，不会给你任何有效信息，你还需要手动选择变量值进行查看。有两种方式，print || watch

Print

单次打印一个值，但不仅是变量值，可以是任何 C 语言的有效表达式，包括数字，变量甚至是函数调用。缩写为 p

p a：将显示整数 a 的值
p ++a：将把 a 中的值加 1, 并显示出来
p name：将显示字符串 name 的值
p gdb_test(22)：将以整数 22 作为参数调用 gdb_test() 函数
p gdb_test(a)：将以变量 a 作为参数调用 gdb_test() 函数

Watch

使用 watch 命令设置观察点，也就是当一个变量值发生变化时，程序会停下来。缩写为 wa

用法：watch a 当 a 发生改变时就会停止

至此，基础的 gdb 调试就算介绍完了，退出使用 quit || q 即可

功能补充

Info

用于查看各种信息

info functions // 列出可执行文件的所有函数名称，可以用来打断点
info functions $regex // 支持正则表达式的搜索函数名
info breakpoints // 列出断点
info locals // 打印当前函数局部变量的值
info args // 打印传入函数的参数 arguments AKA 实参

Backtrace

一般程序崩溃时只会告诉你 Segmentation Fault ，通过 backtrace 可以知道时哪一行出现错误，缩写为 bt

故意写错尝试下就知道了

其他补充

start vs run

run will start (or restart) the program from the beginning and continue execution until a breakpoint is hit or the program exits. start will start (or restart) the program and stop execution at the beginning of the main function.

finish

continue (shorthand: c) will resume execution until the next breakpoint is hit or the program exits. finish will run until the current function call completes and stop there. You can single-step through the C source using the next (shorthand: n) or step (shorthand: s) commands, both of which execute a line and stop. The difference between these two is that if the line to be executed is a function call, next executes the entire function, but step goes into the function implementation and stops at the first line.

缩写一览，从缩写反学或许是个不错的主意

b → break
c → continue
d → delete
f → frame
i → info
j → jump
l → list
n → next
p → print
r → run
s → step
u → until
aw → awatch
bt → backtrace
dir → directory
disas → disassemble
fin → finish
ig → ignore
ni → nexti
rw → rwatch
si → stepi
tb → tbreak
wa → watch
win → winheight