在 Linux 中调试 C 程序的福音——gdb

每个程序员，无论经验如何丰富，都无法完全避免软件中出现bug的情况。因此，排查和修复bug成为软件开发周期中至关重要的任务之一。虽然有许多方法可以用来排查bug，例如测试和代码自审，但专用调试器软件也可以帮助准确地定位问题所在，以便进行修复。

对于那些使用C/C++编程语言或Fortran和Modula-2开发软件的程序员来说，有一款优秀的调试器工具——GDB，将会是他们的福音。GDB不仅可以帮助程序员更轻松地调试代码中的bug和其他问题，而且还提供了许多有用的功能和选项。在本文中，我们将讨论一些GDB调试器的基础知识，以及它所提供的一些实用功能和选项。

在我们开始之前，值得一提的是，文章中的所有说明和示例都已经在 Ubuntu 14.04 LTS 中测试过。教程中的示例代码都是 C 语言写的；使用的 shell 为 bash（4.3.11）；GDB 版本为 7.7.1。

GDB 调试器基础

通俗的讲，GDB 可以让你看到程序在执行过程时的内部流程，并帮你明确问题的所在。我们将在下一节通过一个有效的示例来讨论 GDB 调试器的用法，但在此之前，我们先来探讨一些之后对你有帮助的基本要点。

首先，为了能够顺利使用类似 GDB 这样的调试器，你必须以指定的方式编译程序，让编译器产生调试器所需的调试信息。例如，在使用 gcc 编译器（我们将在本教程之后的章节用它来编译 C 程序示例）编译代码的时候，你需要使用-g 命令行选项。

想要了解 gcc 编译器手册页中关于 -g 命令行选项相关的内容，请看这里。

下一步，确保在你的系统中已经安装 GDB 调试器。如果没有安装，而且你使用的是基于 Debian 的系统（如 Ubuntu），那么你就可以使用以下命令轻松安装该工具：

sudo apt-get install gdb

在其他发行版上的安装方法，请看这里。

现在，当你按照上述的方式编译完程序（gcc -g 命令行选项），同时也已经安装好 GDB 调试器，那么你就可以使用以下命令让程序在调试模式中运行：

gdb [可执行程序的名称]

这样做会初始化 GDB 调试器，但你的可执行程序此时还不会被启动。在这个时候你就可以定义调试相关的设置。例如，你可以在特定行或函数中设置一个断点让 GDB 在该行暂停程序的执行。

接着，为了启动你的程序，你必须输入执行以下 gdb 命令：

run

在这里，值得一提的是，如果你的程序需要一些命令行参数，那么你可以在这里指定这些参数。例如：

run [参数]

GDB 提供了很多有用的命令，在调试的时候总是能派的上用场。我们将在下一节讨论其中一部分命令。

GDB 调试器用例

现在我们对 GDB 及其用法有了基本的概念。因此，让我们举例来应用所学的知识。这是一段示例代码：

#include 
int main()
{
    int out = 0, tot = 0, cnt = 0;
    int val[] = {5, 54, 76, 91, 35, 27, 45, 15, 99, 0};

    while(cnt printf("/n Total = [%d]/n", tot);
    return 0;
}

简单说明一下这段代码要做什么事。获取 val数组中每一个值，将其赋值给out 变量，然后将tot 之前的值与0xffffffff/out 的结果值累加，赋值给 tot 变量。

这里遇到的问题是，当执行这段代码编译后的可执行程序时，产生以下错误：

$ ./gdb-testFloating point exception (core dumped)

因此，要调试这段代码，第一步是使用 -g 选项编译程序。命令如下：

gcc -g -Wall gdb-test.c -o gdb-test

接着，让我们运行 GDB 调试器并指定要调试的可执行程序。命令如下：

gdb ./gdb-test

现在，我刚才得到的错误是 Floating point exception，大部分人可能已经知道，这是因为 n % x，当 x 为 0 时导致的错误。所以，考虑到这一点，我在 11 行代码除法运算的位置处添加了一个断点。如下：

(gdb)&;break 11

注意 (gdb) 是调试器的提示信息，我只输入了break 11 命令。

现在，让 GDB 开始运行程序：

run

当断点第一次被命中时，GDB 显示如下输出：

Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:11
11 tot = tot + 0xffffffff/out;
(gdb)

正如你所看到的那样，调试器会显示断点所在的行代码。现在，让我们打印出此时out 的值。如下：

(gdb) print out
$1 = 5
(gdb)

如上所示，值 5被打印出来了。这个时候一切都还是正常的。让调试器继续执行程序直到命中下一个断点，可以通过使用 c 命令来完成：

c

重复上述操作，直到 out值变为0 时。

...
...
...
Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:11
11 tot = tot + 0xffffffff/out;
(gdb) print out
$2 = 99
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:11
11 tot = tot + 0xffffffff/out;
(gdb) print out
$3 = 0
(gdb)

现在，为了进一步确认问题，我使用 GDB 的s （或 step） 命令代替 c 命令。因为，我只想让当前程序在第 11 行之后暂停，再一步步执行，看看这个时候是否会发生崩溃。

以下是执行之后输出信息：

(gdb) s

Program received signal SIGFPE, Arithmetic exception.
0x080484aa in main () at gdb-test.c:11
11 tot = tot + 0xffffffff/out;

是的，如上输出的第一行内容所示，这就是抛出异常的地方。当我再次尝试运行s 命令时，问题最终也得到了确认：

(gdb) s

Program terminated with signal SIGFPE, Arithmetic exception.
The program no longer exists.

通过这种方式，你就可以使用 GDB 调试你的程序。

总结

GDB 提供了很多功能供用户研究和使用，在这里，我们仅仅只介绍了很少一部分内容。通过 GDB 的手册页可以进一步了解这个工具，当你在调试代码的时候，尝试使用一下它。GDB 调试器有一定的学习难度，但是它很值得你下功夫学习。

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