【gdb】- 单步执行和跟踪函数调用

曾经终败给现在 2022-05-30 06:09 208阅读 0赞

### 操作环境： ###

[root@localhost zhangsan]# cat /proc/version 
    Linux version 2.6.32-696.el6.x86_64 (mockbuild@c1bm.rdu2.centos.org) (gcc version 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-18) (GCC) ) #1 SMP Tue Mar 21 19:29:05 UTC 2017

### 编译安装gdb ###

[root@localhost zhangsan]# wget http://ftp.gnu.org/gnu/gdb/gdb-7.6.1.tar.gz
    [root@localhost zhangsan]# tar -zxvf gdb-7.6.1.tar.gz
    [root@localhost zhangsan]# cd gdb-7.6.1
    [root@localhost gdb-7.6.1]# ./configure 
    [root@localhost gdb-7.6.1]# make
    [root@localhost gdb-7.6.1]# make install
    [root@localhost gdb-7.6.1]# cp /home/zhangsan/gdb-7.6.1/gdb/gdb /usr/bin/gdb     //将编译好的gdb拷贝到/usr/bin目录中

[root@localhost gdb-7.6.1]# gdb -v          //查看安装是否成功
    GNU gdb (GDB) 7.6.1
    Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.
    License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
    This is free software: you are free to change and redistribute it.
    There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
    and "show warranty" for details.
    This GDB was configured as "x86_64-unknown-linux-gnu".
    For bug reporting instructions, please see:
    <http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.

### 单步执行和跟踪函数调用 ###

函数调试实例：

#include <stdio.h>
    
    int add_range(int low, int high)
    {
            int i,sum;
            for (i = low; i <=  high; i++)
                    sum = sum + i;
            return sum;
    }
    
    int main(void)
    {
            int result[100];
            result[0] = add_range(1, 10);
            result[1] = add_range(1,100);
            printf("result[0]= %d\nresult[1]=%d\n", result[0],result[1]);
            return 0;
    }

[zhangsan@localhost study-c]$ gcc -Wall -g gdb1.c -o gdb1
    [zhangsan@localhost study-c]$ ./gdb1 
    result[0]= 55
    result[1]=5105

可见result\[1\]=5105显然是不正确的，在编译时要加上-g选项，生成的可执行文件才能用gdb进行源码级调试：

[zhangsan@localhost study-c]$ gdb gdb1
    GNU gdb (GDB) 7.6.1
    Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.
    License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
    This is free software: you are free to change and redistribute it.
    There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
    and "show warranty" for details.
    This GDB was configured as "x86_64-unknown-linux-gnu".
    For bug reporting instructions, please see:
    <http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>...
    Reading symbols from /home/zhangsan/study-c/gdb1...done.
    (gdb)

\-g选项的作用是在可执行文件中加入源代码的信息，比如可执行文件中第几条机器指令对应源代码的第几行，但并不是把整个源文件嵌入到可执行文件中，所以在调试时必须保证gdb能找到源文件。gdb提供一个类似Shell的命令行环境，上面的(gdb)就是提示符，在这个提示符下输入help可以查看命令的类别:

(gdb) help
    List of classes of commands:
    
    aliases -- Aliases of other commands
    breakpoints -- Making program stop at certain points
    data -- Examining data
    files -- Specifying and examining files
    ...

也可以进一步查看某一类别中有哪些命令，例如查看files类别下有哪些命令可用:

(gdb) help files
    Specifying and examining files.
    
    List of commands:
    
    add-symbol-file -- Load symbols from FILE
    add-symbol-file-from-memory -- Load the symbols out of memory from a dynamically loaded object file
    cd -- Set working directory to DIR for debugger and program being debugged
    core-file -- Use FILE as core dump for examining memory and registers
    directory -- Add directory DIR to beginning of search path for source files
    edit -- Edit specified file or function
    exec-file -- Use FILE as program for getting contents of pure memory
    ...

用list 1命令从第一行开始列出源代码：

(gdb) list 1
    1	#include <stdio.h>
    2	
    3	int add_range(int low, int high)
    4	{
    5		int i,sum;
    6		for (i = low; i <=  high; i++)
    7			sum = sum + i;
    8		return sum;
    9	}
    10	
    (gdb)

一次只列10行，如果要从第11行开始继续列源代码可以输入:

(gdb) list

也可以什么都不输直接敲回车，gdb提供了一个很方便的功能，在提示符下直接敲回车表示重复上一条命令。

gdb的很多常用命令有简写形式，例如list命令可以写成l，要列一个函数的源代码也可以用函数名做参数:

(gdb) l add_range
    1	#include <stdio.h>
    2	
    3	int add_range(int low, int high)
    4	{
    5		int i,sum;
    6		for (i = low; i <=  high; i++)
    7			sum = sum + i;
    8		return sum;
    9	}
    10

现在退出gdb的环境：

(gdb) quit

我们继续调试。首先用start命令开始执行程序：

[zhangsan@localhost study-c]$ gdb gdb1
    GNU gdb (GDB) 7.6.1
    Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.
    License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
    ....
    (gdb) start
    Temporary breakpoint 1 at 0x4004f8: file gdb1.c, line 14.
    Starting program: /home/zhangsan/study-c/gdb1 
    
    Temporary breakpoint 1, main () at gdb1.c:14
    warning: Source file is more recent than executable.
    14		result[0] = add_range(1, 10);

gdb停在main函数中变量定义之后的第一条语句处等待我们发命令，gdb列出的这条语句是即将执行的下一条语句。我们可以用next命令（简写为n）控制这些语句一条一条地执行：

(gdb) n
    15		result[1] = add_range(1,100);
    (gdb) 
    16		printf("result[0]= %d\nresult[1]=%d\n", result[0],result[1]);
    (gdb) 
    result[0]= 55
    result[1]=5105
    17		return 0;

用n命令依次执行两行赋值语句和一行打印语句，在执行打印语句时结果立刻打出来了，然后停在return语句之前等待我们发命令。虽然我们完全控制了程序的执行，但仍然看不出哪里错了，因为错误不在main函数中而在add\_range函数中，现在用start命令重新来过，这次用step命令（简写为s）钻进add\_range函数中去跟踪执行：

(gdb) start
    The program being debugged has been started already.
    Start it from the beginning? (y or n) y
    Temporary breakpoint 4 at 0x4004f8: file gdb1.c, line 14.
    Starting program: /home/zhangsan/study-c/gdb1 
    
    Temporary breakpoint 4, main () at gdb1.c:14
    14		result[0] = add_range(1, 10);
    (gdb) step
    add_range (low=1, high=10) at gdb1.c:6
    6		for (i = low; i <=  high; i++)

这次停在了add\_range函数中变量定义之后的第一条语句处。在函数中有几种查看状态的办法，backtrace命令（简写为bt）可以查看函数调用的栈帧：

(gdb) bt
    #0  add_range (low=1, high=10) at gdb1.c:6
    #1  0x0000000000400507 in main () at gdb1.c:14

可见当前的add\_range函数是被main函数调用的，main传进来的参数是low=1, high=10。main函数的栈帧编号为1，add\_range的栈帧编号为0。现在可以用info命令（简写为i）查看add\_range函数局部变量的值：

(gdb) info locals 
    i = 0
    sum = 0

如果想查看main函数当前局部变量的值也可以做到，先用frame命令（简写为f）选择1号栈帧然后再查看局部变量：

(gdb) frame 1
    #1  0x0000000000400507 in main () at gdb1.c:14
    14		result[0] = add_range(1, 10);
    (gdb) info locals 
    result = {4195073, 0, 1795229528, 61, 4195016, 0, 0, 1, 2041, 1, 1786814442, 61, 0, 0, 1789011168, 61, -6880, 32767, 
      -6840, 32767, 1789010312, 61, -134227048, 32767, -163754450, 0, 1786814442, 61, 0, 0, -134227048, 32767, 1, 0, 0, 0, 
      1, 0, 1789010312, 61, -7000, 32767, 118, 0, 9, 0, -6978, 32767, 0, 0, 1789011168, 61, -6960, 32767, 1795752935, 61, 
      -6936, 32767, 0, 1, 0, 0, 4195073, 0, 194, 0, -6978, 32767, -6977, 32767, 1, 0, 0, 0, 1795753549, 61, 0, 0, 4195680, 
      0, 0, 0, 4195235, 0, -6664, 32767, 4195749, 0, 1795226528, 61, 4195680, 0, 0, 0, 4195296, 0, -6688, 32767, 0, 0}

注意到result数组中有很多元素具有杂乱无章的值，我们知道未经初始化的局部变量具有不确定的值。到目前为止一切正常。用s或n往下走几步，然后用print命令（简写为p）打印出变量sum的值：

(gdb) s
    7			sum = sum + i;
    (gdb) 
    6		for (i = low; i <=  high; i++)
    (gdb) 
    7			sum = sum + i;
    (gdb) 
    6		for (i = low; i <=  high; i++)
    (gdb) print sum
    $1 = 3

第一次循环i是1，第二次循环i是2，加起来是3，没错。这里的$1表示gdb保存着这些中间结果，$后面的编号会自动增长，在命令中可以用$1、$2、$3等编号代替相应的值。由于我们本来就知道第一次调用的结果是正确的，再往下跟也没意义了，可以用finish命令让程序一直运行到从当前函数返回为止：

(gdb) finish 
    Run till exit from #0  add_range (low=1, high=10) at gdb1.c:6
    0x0000000000400507 in main () at gdb1.c:14
    14		result[0] = add_range(1, 10);
    Value returned is $2 = 55

返回值是55，当前正准备执行赋值操作，用s命令赋值，然后查看result数组：

(gdb) s
    15		result[1] = add_range(1,100);
    (gdb) print result
    $3 = {55, 0, 1795229528, 61, 4195016, 0, 0, 1, 2041, 1, 1786814442, 61, 0, 0, 1789011168, 61, -6880, 32767, -6840, 
      32767, 1789010312, 61, -134227048, 32767, -163754450, 0, 1786814442, 61, 0, 0, -134227048, 32767, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 
      1789010312, 61, -7000, 32767, 118, 0, 9, 0, -6978, 32767, 0, 0, 1789011168, 61, -6960, 32767, 1795752935, 61, -6936, 
      32767, 0, 1, 0, 0, 4195073, 0, 194, 0, -6978, 32767, -6977, 32767, 1, 0, 0, 0, 1795753549, 61, 0, 0, 4195680, 0, 0, 
      0, 4195235, 0, -6664, 32767, 4195749, 0, 1795226528, 61, 4195680, 0, 0, 0, 4195296, 0, -6688, 32767, 0, 0}

第一个值55确实赋给了result数组的第0个元素。下面用s命令进入第二次add\_range调用，进入之后首先查看参数和局部变量：

(gdb) s
    add_range (low=1, high=100) at gdb1.c:6
    6		for (i = low; i <=  high; i++)
    (gdb) bt
    #0  add_range (low=1, high=100) at gdb1.c:6
    #1  0x000000000040051c in main () at gdb1.c:15
    (gdb) i locals 
    i = 11
    sum = 55

由于局部变量i和sum没初始化，所以具有不确定的值，又由于两次调用是挨着的，i和sum正好取了上次调用时的值，原来这跟 “验证局部变量存储空间的分配和释放”是一样的道理，只不过我这次举的例子设法让局部变量sum在第一次调用时初值为0了。i的初值不是0倒没关系，在for循环中会赋值为0的，但sum如果初值不是0，累加得到的结果就错了。好了，我们已经找到错误原因，可以退出gdb修改源代码了。如果我们不想浪费这次调试机会，可以在gdb中马上把sum的初值改为0继续运行，看看这一处改了之后还有没有别的Bug：

(gdb) set var sum=0
    (gdb) finish 
    Run till exit from #0  add_range (low=1, high=100) at gdb1.c:6
    0x000000000040051c in main () at gdb1.c:15
    15		result[1] = add_range(1,100);
    Value returned is $4 = 5050
    (gdb) n
    16		printf("result[0]= %d\nresult[1]=%d\n", result[0],result[1]);
    (gdb) 
    result[0]= 55
    result[1]=5050
    17		return 0;

这样结果就对了。修改变量的值除了用set命令之外也可以用print命令，因为print命令后面跟的是表达式，而我们知道赋值和函数调用也都是表达式，所以也可以用print命令修改变量的值或者调用函数。

### gdb基本命令1： ###

命令                                 描述  
backtrace（或bt）         查看各级函数调用及参数  
finish                             连续运行到当前函数返回为止，然后停下来等待命令  
frame（或f）                 帧编号 选择栈帧

info（或i）                     locals 查看当前栈帧局部变量的值

list（或l）                       列出源代码，接着上次的位置往下列，每次列10行

list 行号                          列出从第几行开始的源代码  
list 函数名                       列出某个函数的源代码  
next（或n）                    执行下一行语句  
print（或p）                   打印表达式的值，通过表达式可以修改变量的值或者调用函数  
quit（或q）                    退出gdb调试环境  
set var                            修改变量的值  
start                               开始执行程序，停在main函数第一行语句前面等待命令  
step（或s）                    执行下一行语句，如果有函数调用则进入到函数中