gdb调试基础

简介

笔者此前一直做互联网应用层开发，最近换工作，新工作的方向更加偏向底层，以前通过Xcode、Visual Studio进行调试的伎俩在这里不能再用，故有了这篇文章

希望看完这篇文章大家可以跟着笔者一起入门gdb调试，熟悉gdb调试的一些基础概念和调试手法，在碰到相关问题时能够使用掌握的调试手段进行解决

调试编译配置

并不是任何应用在编译完成后即可进行调试，你需要对一些编译选项进行配置，最终的编译产物才能很好的被调试器跟踪。下面笔者将会通过cmake进行编译前的编译选项配置

• 配置Debug模式：在cmake中可以通过CMAKE_BUILD_TYPE=Debug设置编译产物为Debug包，这样产物中将会有大量调试信息，这很重要
• 通过CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG和CMAKE_C_FLAGS_DEBUG这两个cmake变量添加编译选项
  • -g3：生成最详细的调试信息（包括宏定义）
  • -O0：禁止进行代码优化，保证源码和指令的一致性
  • -fno-omit-frame-pointer：强制编译器保留函数调用时的“栈帧指针”，栈帧指针是一个指向当前函数栈帧起始位置的指针，调试器通过栈帧指针可以方便的进行调用链回溯。不过GCC在某些优化等级下会使用-fomit-frame-pointer，忽略栈帧指针，通过其它方式计算得到起始地址，这样可以优化性能，但是不利于调试器进行调试
  • -fno-inline：禁止编译器对所有函数进行内联优化。编译器在对某些短小的函数进行内联优化之后，无法在内联函数内添加断点，也看不到对该函数的调用栈帧，所以在编译调试版本时需要关闭内联优化

完成以上编译配置后即可编译生成产物

调试

笔者这里在main函数中写了13个调试的demo，这些demo里面涉及各个方面的调试手段，我将会选择一些相对重要的调试手段进行分享

加载程序

gdb build/gdb_lab

笔者这里的被调试的程序为./build/gdb_lab，以上命令为加载被调试程序，它作用有以下三个

• 启动GDB调试器
• 读取./build/gdb_lab的符号表和调试信息
• 进入GDB的交互式命令行提示符

除此之外它什么也不做。我们将会看到如下输出

程序不会运行，等待我们触发

触发程序运行

在进入GDB交互式命令行之后，需要我们去触发程序运行。一般有如下命令

• run(r)：run命令（或者其缩写r），这会让被调试程序直接从头开始运行，它不会等你
• start：start命令，这会让执行流在main函数入口处暂停，等候你的发落
• next(n)：进行下一步，这很简单，执行流会运行到下一个指令处，然后在控制台输出这期间的打印信息
• step(s)：步入命令，和next类似，不同点在于，next遇到函数时不会进入函数，但是step步入指令遇到函数时会进入函数；s 5表示连续执行5次步入
• continue(c)：continue命令，如果是通过start命令触发的可执行程序，在next一段代码之后，如果想快速的执行完后续的代码或者快速的运行到下一个断点处，那么这个命令符合你的需求，它将快速执行完剩下的代码，或者执行到下一个断点处

断点

gdb中，通过break(b)设置断点，设置断点的方式有多种

• break 行号：在指定行号处设置断点。如果该行是一个函数调用，那么执行流不会进入函数，next时执行流会执行该行后面的代码。值得注意的是，如果指定的行没有代码，那么gdb会将断点设置到后面最近的代码行处
• break 函数名：在指定函数处设置断点，这会让执行流进入该函数，然后不执行任何其它指令立刻停止，等待后续命令
• break 文件名:行号：和上一个指令效果相同，不同点在于这里指定了行号所属的文件，而上一个命令默认为当前文件中的行号
• break 位置 if 条件：即在某个位置满足某个条件时执行流才停止，如果想在循环中进行断点，这将会很有用。值得注意的是，if条件中的变量需要在指定位置是可见的

以上是断点的设置，在调试中，难免想删除一些断点，或者临时开关一些断点，这在gdb中也有对应的工具可以用

• info break：列出所有已经设置好的断点，Num列表示断点编号、Enb列表示断点是否启用，y表示打开，n表示关闭、Address表示断点地址、What表示断点所在文件的具体位置、Type表示断点类型，普通断点类型为breakpoint
• delete：删除所有断点
• delete 断点编号：delete或者d删除指定编号的断点
• disable 断点编号：临时关闭指定断点
• enable 断点编号：重新打开某个断点
• clear 函数名：删除通过break 函数名设置的断点

在进入断点后，如果想查看变量信息，可以使用print(p)指令查看

• p i：打印变量i的值
• p &i：打印变量i的地址
• p array[5]：打印数组array的第五个元素
• p *ptr：打印指针ptr指向的内容
• p ds.id：打印某个结构体的成员变量，ds为该结构体的一个实例
• p func()：调用函数，并打印函数的返回值。这很有意思，这里只是print调用了函数，真正的执行流其实还没有变化，同时你还可以通过print多次调用func()，如果函数内有静态变量，对于静态变量的修改也会表现出来

断点后，如果想查看当前的调用栈，那么可以使用backtrace(bt)进行查看

另外bt full命令在bt命令的基础上会额外打印每一层栈帧中局部变量的当前值

进入断点后，还可以通过list命令查看当前断点位置附近的代码

• list：列出当前断点附近的代码
• list 行号：列出指定行附近的代码
• list 文件名:行号：同上
• list 函数名：列出指定函数附近的代码
• list ,：继续显示后面的代码，即翻页

栈帧切换

当函数调用栈层次比较深时，调用栈往往比较复杂，在print当前的变量时，我们可能又忘了再上一层某个变量传入时的值为多少，这个时候就需要有栈帧切换的能力，这能够方便的让我们看到多层调用栈中，不同层次的上下文情况

下面笔者以一个递归调用为例讲解栈帧切换

上图为一个递归函数，现在笔者经过多次步入之后，调用栈如下

可以看到，已经有很多层的调用栈了，这个时候使用print打印变量n时，n在当前调用层次中为1。这是一个简单的例子，当我们现实中想要查看多层调用栈中，不同层次中的变量值时，就需要进行栈帧切换，主要涉及up、down和 frame这三个命令

• down：down命令会切换到下一层的栈帧，例如当前栈帧为0，这已经是最下一层的栈帧了（栈地址由上到下进行增长），所以不能再切换、这个时候p n将会输出1
• up：up命令会切换到上一层的栈帧，例如当前栈帧为0，所以上一层栈帧为1。这个时候p n将会输出2
• frame 指定层：这将会切换到指定层，切换完成后print就可以打印对应栈帧中的局部变量

以上三个命令即为栈帧切换的核心命令，值得注意的是，刚才提到的切换栈帧都是建立在不改变程序运行状态的前提下，再此前提下让你“穿越”到调用链的不同层次中去观察对应层次中的变量和上下文

观察点（watch）

观察点（watch）类似一种断点，但是和普通断点（break）不同，观察点不是监视某一行代码，而是监视某个变量或者内存地址，当这个变量发生变化时，程序会立即停止进入断点状态，然后打印新值和旧值

• watch global_counter：监控global_counter变量被写
• watch g_sensor.temperature：监控某个结构体实例的某个字段被写
• rwatch：读观察点，监控变量被读取
• awatch：读写观察点，监控变量被读或者写

总结

这篇文章主要一起学习了gdb入门的基础概念，包括断点和观察点、栈帧切换等内容

还有信号的调试、多线程调试、内存问题（ ASan）的调试以及Core Dump离线分析的内容笔者还在学习中，这部分后续会继续更新，一起无限进步！！！

PS：
今年对于笔者来说注定是不平凡的一年，笔者毅然结束了九年的杭州生活和学习之旅，来到重庆开启下一段旅行。九年间发生了好多事情

那年吃完三个菜的“年夜饭”去逛街，过年的街上空荡荡的也很冷，一家人被突如其来的经济变故打击得手足无措，沉默。就这样毫无目地逛着，也不知道要到哪里去，要怎么走；
那年母亲为了省一两块钱不坐公交，走高速公路四个小时上下班的日子；
那年母亲第一次出门打工，上夜班，白天睡不着，但是每次视频都说很适应，都说挺好的；
那年全家在外打工，妹妹没钥匙回家进不了屋，楼下远远的哭着看了一眼这个苦苦支撑的家，就又回了学校；
那年为了能够把这个家拉回正轨，不允许自己有一刻的歇息，毕业典礼结束两天马上进入工作；换工作只谈待遇，不谈强度，中间只让自己休息一周；手术后一个月回到杭州每天杵拐上下班，下班后腿已经肿了一圈
那堪回首！

时间来到2026年，母亲有了自己的小事业，妹妹找到了稳定体面待遇可观的工作，我紧绷的弦可以松了
做好自己当下力所能及的一切，剩下的就交给时间，下个九年、二十年、亦或一生，才不会后悔，我有尽力，没有让生命中最重要的人失望