除错专家---程序调试的利器GDB[1]

　　无论是多么优秀的程序员，都难以保证自己在编写代码时不会出现任何错误，因此调试是软件开发过程中的一个必不可少的组成部分。当程序完成编译之后，它很可能无法正常运行，或者会彻底崩溃，或者不能实现预期的功能。此时如何通过调试找到问题的症结所在，就变成了摆在开发人员面前最严峻的问题。通常说来，软件项目的规模越大，调试起来就会越困难，越需要一个强大而高效的调试器作为后盾。对于Linux程序员来讲，目前可供使用的调试器非常多，GDB（GNU DeBugger）就是其中较为优秀的。
　　
　　初识GDB
　　
　　GDB是自由软件基金会（Free Software Foundation，FSF）的软件工具之一。它的作用是协助程序员找到代码中的错误。如果没有GDB的帮助，程序员要想跟踪代码的执行流程，唯一的办法就是添加大量的语句来产生特定的输出。但这一手段本身就可能会引入新的错误，从而也就无法对那些导致程序崩溃的错误代码进行分析。GDB的出现减轻了开发人员的负担，他们可以在程序运行的时候单步跟踪自己的代码，或者通过断点暂时中止程序的执行。此外，他们还能够随时察看变量和内存的当前状态，并监视关键的数据结构是如何影响代码运行的。
　　
　　调试方法
　　
　　如果想对程序进行调试，必须先在用GCC编译源代码时加上-g选项，以便产生GDB所需要的调试符号信息。例如，debugme.c是一个存在错误程序，可以使用如下的命令对其进行编译，同时产生调试符号：
　　# gcc -g debugme.c -o debugme
　　
　　如果愿意的话，还可以在编译时使用“-ggdb”选项来生成更多的调试信息。由于这些调试信息中的相当一部分是GDB所特有的，所以生成的代码将无法在其它调试器中正常调试。对于大多数情况来说，普通的-g选项就足够了。需要注意的是，GCC虽然允许同时使用-g(调试)和-o(优化)选项，但优化会影响最终生成的代码，导致程序源代码和二进制代码之间的关系变得复杂起来。如果不想为调试制造障碍，建议不要将-g和-o选项一同使用，并且只在程序彻底调试完后才开始进行代码优化。这样调试过程将变得相对轻松和愉快。
　　
　　基本应用
　　
　　现在可以启动GDB来调试已经生成的可执行程序debugme，命令如下：
　　
　　# gdb debugme
　　GNU gdb Red Hat Linux (5.3post-0.20021129.18rh)
　　……
　　(gdb)
　　
　　如果一切正常，GDB将被启动并在屏幕上输出版权信息，但如果使用了-q或--quiet选项则不会显示它们。启动GDB时另外一个有用的命令行选项是“-d dirname”，其中dirname是一个目录名。该目录名告诉GDB应该到哪里去寻找源代码。
　　
　　一旦出现GDB的命令提示符(gdb)，就表明GDB已经准备好接收来自用户的各种调试命令了。如果想在调试环境下运行这个程序，可以使用GDB提供的“run”命令，而程序在正常运行时所需的各种参数可以作为“run”命令的参数传入，或者使用单独的“set args”命令进行设置。如果在执行“run”命令时没有给出任何参数，GDB将使用上一次“run”或“set args”命令指定的参数。如果想取消上次设置的参数，可以执行不带任何参数的“set args”命令。下面尝试在调试器中运行这个程序：
　　
　　(gdb) run
　　……
　　Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
　　0x4000c6ac in _dl_fini () from /lib/ld-linux.so.2
　　
　　最后一行输出表明程序在调用动态链接库/lib/ld-linux.so.2中的_dl_fini()函数时出现了错误，地址是0x4000c6ac。这些对调试是非常重要的线索。另外还有一种信息对调试也很重要，就是错误发生时的函数调用层级关系，可以通过执行“backtrace”命令来获得。在使用GDB调试命令时，用户可以不必输入完整的命令名称，使用任何惟一的缩写都可以。例如“backtrace”命令就可以缩写成“back”甚至“bt”。GDB还支持很多常用的Shell命令编辑特征，比如可以像在bash或tcsh中那样按Tab键补齐命令。如果相关命令不惟一的话，则列出所有可能的匹配项。此外键盘上的方向键可用来翻动历史命令。
　　
　　GDB是一个源代码级的调试器，使用“list”命令可以查看当前调试对象的源代码。该命令的通用格式为“list [m,n]”，表示显示从m行开始到n行结束的代码段，而不带任何参数的“list”命令将显示最近10行源代码。
　　
　　设置断点
　　在调试有问题的代码时，在某一点停止运行往往很管用。这样程序运行到此外时会暂时挂起，等待用户的进一步输入。GDB允许在几种不同的代码结构上设置断点，包括行号和函数名等，并且还允许设置条件断点，让程序只有在满足一定的条件时才停止执行。要根据行号设置断点，可以使用“ break linenum”命令。要根据函数名设置断点，则应该使用“break funcname”命令。
　　
　　在以上两种情况中，GDB将在执行指定的行号或进入指定的函数之前停止执行程序。此时可以使用“print”显示变量的值，或者使用“list”查看将要执行的代码。对于由多个源文件组成的项目，如果想在执行到非当前源文件的某行或某个函数时停止执行，可以使用如下形式的命令：
　　
　　# break filename:linenum
　　# break filename:funcname
　　
　　条件断点允许当一定条件满足时暂时停止程序的执行。它对于调试来讲非常有用。设置条件断点的正确语法如下：
　　
　　break linenum if expr
　　break funcname if expr