在Linux中如何使用gdb調試C程序
無論多么有經驗的程序員，開發的任何軟件都不可能完全沒有 bug。因此，排查及修復 bug 成為軟件開發周期中最重要的任務之一。有許多辦法可以排查 bug(測試、代碼自審等等)，但是還有一些專用軟件(稱為調試器)可以幫助準確定位問題的所在，以便進行修復。
如果你是 C/C++ 程序員，或者使用 Fortran 和 Modula-2 編程語言開發軟件，那么你將會很樂意知道有這么一款優秀的調試器 - GDB - 可以幫你更輕松地調試代碼 bug 以及其它問題。在這篇文章中，我們將討論一下 GDB 調試器的基礎知識，包括它提供的一些有用的功能/選項。
在我們開始之前，值得一提的是，文章中的所有說明和示例都已經在 Ubuntu 14.04 LTS 中測試過。教程中的示例代碼都是 C 語言寫的;使用的 shell 為 bash(4.3.11);GDB 版本為 7.7.1。
GDB 調試器基礎
通俗的講，GDB 可以讓你看到程序在執行過程時的內部流程，并幫你明確問題的所在。我們將在下一節通過一個有效的示例來討論 GDB 調試器的用法，但在此之前，我們先來探討一些之后對你有幫助的基本要點。
首先，為了能夠順利使用類似 GDB 這樣的調試器，你必須以指定的方式編譯程序，讓編譯器產生調試器所需的調試信息。例如，在使用 gcc 編譯器(我們將在本教程之后的章節用它來編譯 C 程序示例)編譯代碼的時候，你需要使用 -g 命令行選項。
想要了解 gcc 編譯器手冊頁中關于 -g 命令行選項相關的內容，請看這里。
下一步，確保在你的系統中已經安裝 GDB 調試器。如果沒有安裝，而且你使用的是基于 Debian 的系統(如 Ubuntu)，那么你就可以使用以下命令輕松安裝該工具：
- sudo apt-get install gdb
在其他發行版上的安裝方法，請看這里。
現在，當你按照上述的方式編譯完程序(gcc -g 命令行選項)，同時也已經安裝好 GDB 調試器，那么你就可以使用以下命令讓程序在調試模式中運行：
- gdb [可執行程序的名稱]
這樣做會初始化 GDB 調試器，但你的可執行程序此時還不會被啟動。在這個時候你就可以定義調試相關的設置。例如，你可以在特定行或函數中設置一個斷點讓 GDB 在該行暫停程序的執行。
接著，為了啟動你的程序，你必須輸入執行以下 gdb 命令：
- run
在這里，值得一提的是，如果你的程序需要一些命令行參數，那么你可以在這里指定這些參數。例如：
- run [參數]
GDB 提供了很多有用的命令，在調試的時候總是能派的上用場。我們將在下一節討論其中一部分命令。
GDB 調試器用例
現在我們對 GDB 及其用法有了基本的概念。因此，讓我們舉例來應用所學的知識。這是一段示例代碼：
- #include
- int main()
- {
- int out = 0, tot = 0, cnt = 0;
- int val[] = {5, 54, 76, 91, 35, 27, 45, 15, 99, 0};
- while(cnt < 10)
- {
- out = val[cnt];
- tot = tot + 0xffffffff/out;
- cnt++;
- }
- printf("\n Total = [%d]\n", tot);
- return 0;
- }
簡單說明一下這段代碼要做什么事。獲取 val 數組中每一個值，將其賦值給 out 變量，然后將 tot 之前的值與 0xffffffff/out 的結果值累加，賦值給 tot 變量。
這里遇到的問題是，當執行這段代碼編譯后的可執行程序時，產生以下錯誤：
- $ ./gdb-test
- Floating point exception (core dumped)
因此，要調試這段代碼，***步是使用 -g 選項編譯程序。命令如下：
- gcc -g -Wall gdb-test.c -o gdb-test
接著，讓我們運行 GDB 調試器并指定要調試的可執行程序。命令如下：
- gdb ./gdb-test
現在，我剛才得到的錯誤是 Floating point exception，大部分人可能已經知道，這是因為 n % x，當 x 為 0 時導致的錯誤。所以，考慮到這一點，我在 11 行代碼除法運算的位置處添加了一個斷點。如下：
- (gdb)&;break 11
注意 (gdb) 是調試器的提示信息，我只輸入了 break 11 命令。
現在，讓 GDB 開始運行程序：
- run
當斷點***次被***時，GDB 顯示如下輸出：
- Breakpoint 1, main () at gdb-test.c:11
- 11 tot = tot + 0xffffffff/out;
- (gdb)
正如你所看到的那樣，調試器會顯示斷點所在的行代碼。現在，讓我們打印出此時 out 的值。如下：
- (gdb)
- print out
- $1 = 5(gdb)
如上所示，值 5 被打印出來了。這個時候一切都還是正常的。讓調試器繼續執行程序直到***下一個斷點，可以通過使用 c 命令來完成：
- c
重復上述操作，直到 out 值變為 0 時。
- ...
- ...
- ...
- 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:
- 1111 tot = tot + 0xffffffff/out;
- (gdb) print out
- $3 = 0
- (gdb)
現在，為了進一步確認問題，我使用 GDB 的 s(或 step) 命令代替 c 命令。因為，我只想讓當前程序在第 11 行之后暫停，再一步步執行，看看這個時候是否會發生崩潰。
以下是執行之后輸出信息：
- (gdb) s
- Program received signal SIGFPE, Arithmetic exception.
- 0x080484aa in main () at gdb-test.c:
- 1111 tot = tot + 0xffffffff/out;
是的，如上輸出的***行內容所示，這就是拋出異常的地方。當我再次嘗試運行 s 命令時，問題最終也得到了確認：
- (gdb) s
- Program terminated with signal SIGFPE, Arithmetic exception.
- The program no longer exists.
通過這種方式，你就可以使用 GDB 調試你的程序。
總結
GDB 提供了很多功能供用戶研究和使用，在這里，我們僅僅只介紹了很少一部分內容。通過 GDB 的手冊頁可以進一步了解這個工具，當你在調試代碼的時候，嘗試使用一下它。GDB 調試器有一定的學習難度，但是它很值得你下功夫學習。
