GDB终端调试

1. 编译产生Debug版本

我们在操作系统实验中使用gdb在终端中进行代码调试。在之前的章节中，我们已经学到可以使用

gcc add.c -o adds

指令来对源代码进行编译。但是采用这种方法编译产生的目标程序是Release版本，并不支持我们使用gdb进行调试，要想产生支持gdb调试的Debug版本，我们需要在原编译指令的基础上加入-g参数，具体指令为

gcc -g add.c -o adds

2. GDB操作

1.进入GDB进行调试

对编译好的程序运行gdb有两种方式，

一种是直接指定文件进入gdb模式
```
gdb adds
```
或者先进入gdb模式，再加载可执行文件
```
$ gdb
(gdb) file <filename>
```

2.运行程序

```
(gdb) run
```

3.退出gdb模式

```
quit
```

4. 传入额外参数

// echo.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void usage() {
    printf("usage: echo <string>\n");
    exit(-1);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        usage();
    }

    printf("%s\n", argv[1]);
    return 0;
}

在C语言中，argc和argv是预留的为main函数传参的参数，其中 $$ argc\space is \space short \space for \space argument \space count $$

$$ argv \space is \space short \space for \space argument \space vector $$

其中argc,argv均包含运行的程序本身，即程序默认有一个参数，是他自己的名字

或者说在不特殊向程序传参情况下 $$ argc=1 \space | \space argv[0] = filename $$ 那么以上代码中的逻辑就显而易见。对于argc != 2的判断事实上就是在判断是不是传入了一个字符串参数，如果没有，提示用户程序用法，强制退出。

那我们应该如何通过命令行传入参数呢？

$ gcc -g echo.c -o echo ##编译
$ ./echo "hello,world"!
##或者采用输入重定向的方式
$ ./echo < input.txt ##在这个文件中保存好字符串参数

如果我们想要为gdb传入参数，同样有两种方法

```
$ gdb --args ./echo "hello,world"
```
需要注意args选项中包含程序名

或在gdb页面中（个人更加偏向）

$ gdb
(gdb)file ./echo
(gdb)set args "hello,world"

更加简洁的，也可以在run时指定参数
```
run args
```

5.追踪程序运行

5.1 调试

```
(gdb) start
```
- start指令会使程序调试进入main函数的第一行代码/重新运行程序
```
(gdb) step  
```
- step指令使我们一步一步执行程序（注：当我们输入一次step后，继续回车即相当于后续输入step）
- 同时，step指令也会进入函数内部，即如果遇到函数调用，step指令会进入函数调用内部细节（相当于jetbrains系列的F7）
```
(gdb) finish
```
- finish用于从当前调试函数内部退出
- 这样就形成一个组合，我们要进入某个函数内部调试——step，从中退出来finish
```
(gdb) next  ##相当于jetbrains系列的F8
```
- next指令用于执行当前行并且跳过当前行中任何函数调用（相当于jetbrains系列的F8）
```
(gdb) continue
```
- continue指令，停止调试，让程序正常跑完
```
(gdb) kill
```
- kill指令，杀死进程

5.2 设置断点

5.2.1 查看文件内容

设置断点首先要知道断点应该设置在的位置，我们可以通过list指令查看文件内容从而确定我们要设置断点的行号 关于list指令的用法
- ```
list ##查看当前运行源代码
```
- ```
list <linenumber> 
```
- ```
list <file>:<linenumber>
```
- ```
list <function name>
```
- ```
list <file>:<function name>
```
- 通过回车继续查看代码内容

5.2.2 设置断点

```
break <linenumber>
```
程序运行会在我们设置的断点处停下，此时可以使用step,next,finish等指令进行调试
对于我们已经设置好的断点，我们可以使用
```
info breakpoints
```
来查看断点信息。
在上图中我们可以看到断点的各种信息
- Num:断点编号
- Type:断点类型
- Disp:永久断点/临时断点
- Enb:是否启用
- 以及短点的地址，位置，命中次数等
如果想要暂时禁用某个断点
```
(gdb) disable breakpoints <breakpoint_number>
```
执行后再次查看断点信息可以看到Enb=n

若果想要直接删除某个断点

(gdb) delete breakpoints <breakpoint_number>

若想要删除某个位置的所有断点
```
clear <position>
```

5.2.3 临时断点

事实上start指令本质上是在main函数处添加一个断点并运行程序，这个断点的类型为临时断点，temporary breakpoint,程序只在该断点处暂停一次，之后断点就会自动删除。（运行到该临时断点时临时断点就会被删除）

通过tbreak指令设置临时断点
```
(gdb)tbreak <breakpoint_number>
```
再次查看断点信息

5.2.4 条件断点

条件断点即满足一定条件才中断程序运行的断点

创建条件断点的方法即为在原指令后加入条件
```
break <linenumber> if <condition>
```
condition是符合语义的表达式，例如
```
break 18 if i == 9
```
```
break 19 if a > b + 1
```
若需要修改条件断点中的条件，使用condition指令
```
conditon <breakpoint_number> <new_condition>
```

5.2.5 循环中的断点

若是使用了显式的循环（可以看到循环变量），我们就可以通过循环变量构造条件断点，例如for循环中的i
```
break 23 if i == 8
```
若是循环中没有显式的计数，例如遍历链表或使用迭代器等。我们可以使用ignore指令，该指令表示忽略这个断点前times次的访问
```
ignore <breakpoint_number> <times>
```

5.3 设置观察点

5.3.1 变值观察点

对于代码量较小的工程，我们容易定位出其中的bug位置，从而通过设置条件断点等方法进行调试。而对于较大的工程，我们难以判断bug位置，这时可以设置观察点

watch <expression>

观察点指定了一个表达式而不指定位置，程序运行时GDB会监视该表达式的取值，当表达式的取值发生变化时程序停止

举个例子，对于想要在循环中设置断点的情况，例如想要在i==9时停下来调试

watch i>=9

其中i>=9在i<9时取值为0，i==9时取值变为1

5.3.2 读观察点

当程序中出现读取目标表达式的操作时停止

rwatch <expression>

5.3.3 访问观察点

当程序中出现读取目标表达式或写入目标表达式的值的操作停止

awatch <expression>

6.查看程序运行时数据

6.1 查看函数调用栈

查看函数调用栈通过backtrace指令完成，例如我们在fibo程序中n==1时设置断点，并在此时查看调用栈信息

(gdb) backtrace

6.2 获取变量取值

我们可以通过print来获取变量的取值，在这个例子中，

(gdb) print n

即可输出n的值。但是若我们想要获得此时main循环变量中i的值呢？若我们直接print i 则会遇到报错

这是因为在程序运行过程中系统会为每一个函数调用创建一个栈帧，保存在函数调用栈中，例如上面backtrace输出图。若我们想要打印主函数中变量的值，我们就需要返回到主函数所在栈帧。

6.3 在函数调用栈帧间移动

在上面的讲解中，我们位于函数调用的最底层，此时n==1，我们要想打印主函数中i的值，需要先切换到主函数所在的栈帧。

```
up [steps]
```
向调用者的方向移动steps次，即向函数调用顶层移动steps，若我们想要返回顶层
```
down [steps]
```
向被调用者移动。程序的栈空间向低地址增长，被调用者的栈帧在调用者的栈帧之下！！！
```
frame [level]
```
直接移动到指定的栈帧

6.4 输出数组

我们可以打印输出数组变量的值，

指定元素输出，例如
输出一定范围内的数组元素
```
print <array_name>[start_index]@<element_number>
```
即输出数组从start_index开始的element_number个元素

6.5 反汇编

将GDB中的机器码转换为汇编代码

disassemble [position]
disassemble <function>
disassemble <start>,<end>

图中箭头表示PC寄存器位置

7.修改运行时程序

调试时动态修改程序的数据或运行，验证bug修复的可行性

修改指定变量的值

set variable <variable_name> = <expression>

修改函数的返回值
```
return <expression>
```
跳转到指定位置运行
```
jump <position>
```

8.使用tui界面进行调试

使用tui界面进行调试会比纯cli界面查看代码更加友好一些

gdb -tui

GDB终端调试#

1. 编译产生Debug版本#

2. GDB操作#

1.进入GDB进行调试#

2.运行程序#

3.退出gdb模式#

4. 传入额外参数#

5.追踪程序运行#

5.1 调试#

5.2 设置断点#

5.2.1 查看文件内容#

5.2.2 设置断点#

5.2.3 临时断点#

5.2.4 条件断点#

5.2.5 循环中的断点#

5.3 设置观察点#

5.3.1 变值观察点#

5.3.2 读观察点#

5.3.3 访问观察点#

6.查看程序运行时数据#

6.1 查看函数调用栈#

6.2 获取变量取值#

6.3 在函数调用栈帧间移动#

6.4 输出数组#

6.5 反汇编#

7.修改运行时程序#

8.使用tui界面进行调试#