本文内容

• GDB 调试器基础
• GDB 使用示例
• 总结

无论你作为程序员经验多么丰富，你开发的任何软件都不可能完全没有 bug。因此，找出并修复 bug 是软件开发周期中最重要的任务之一。虽然查找 bug 的方法有很多（测试、代码自查等），但也存在一种特殊软件——称为调试器（debugger）——能帮你准确了解问题所在，从而轻松修复。

假设你是一名 C/C++ 程序员，或者使用 Fortran 和 Modula-2 编程语言开发软件，那么你会很高兴地了解到，有一个优秀的调试器——称为 GDB——可以用来轻松检查代码中的错误及其他问题。在本文中，我们将讨论 GDB 的基础知识及其一些有用的特性/选项。

GDB 调试器基础

通俗地说，GDB 让你能够在程序执行时窥探程序内部，从而帮助你准确找出问题所在。我们将在下一节通过一个实际示例来讨论 GDB 调试器的用法，但在此之前，我们先介绍一些对你后续操作有帮助的基本要点。

首先，要成功使用像 GDB 这样的调试器，你必须编译程序，使编译器同时生成调试器所需的调试信息。例如，对于 gcc 编译器（本教程后面将用它来编译示例 C 程序），你需要在编译代码时使用 -g 命令行选项。

要了解 gcc 编译器手册页中关于该命令行选项的内容，请前往此处查看。

下一步，确认你的系统中已安装 GDB。如果尚未安装，并且你使用的是基于 Debian 的系统（如 Ubuntu），可以使用以下命令轻松安装该工具：

sudo apt install gdb

若要在其他发行版上安装，请前往此处查看。

现在，一旦你以可调试的方式编译了程序，并且系统中已安装 GDB，就可以使用以下命令以调试模式运行程序：

gdb [prog-executable-name]

虽然这会启动 GDB 调试器，但此时你的程序可执行文件并不会被运行。这正是你可以定义调试相关设置的时机。例如，你可以设置一个 breakpoint（断点），告诉 GDB 在某个特定的行号或函数处暂停程序执行。

继续，要启动程序，你需要执行以下 gdb 命令：

run

值得一提的是，如果你的程序需要传入一些命令行参数，可以在此处指定。例如：

run [arguments]

GDB 提供了许多在调试时非常有用的命令。我们将在下一节的示例中讨论其中一些。

GDB 使用示例

现在我们对 GDB 及其用法有了基本的认识。那么让我们通过一个示例来应用这些知识。以下是示例代码：

#include <stdio.h>
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;
}

简单来说，这段代码的作用是：取出 'val' 数组中的每个值，将其赋给 'out' 整型变量，然后通过将该变量的前一个值与 '0xffffffff/out' 的结果相加来计算 'tot'。

这里的问题是，当运行该代码时，会产生以下错误：

$ ./gdb-test 
Floating 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

接下来，运行 GDB 并告知它我们要调试的可执行文件。命令如下：

gdb ./gdb-test 

现在，我遇到的错误是 'floating point exception'（浮点异常），正如你们大多数人可能已经知道的，它是由 n % x 在 x 为 0 时引起的。因此，考虑到这一点，我在进行除法运算的第 11 行设置了一个断点。操作方式如下：

(gdb) 
break 11

注意，'(gdb)' 是调试器的提示符。我只需输入 'break' 命令。

现在，我让 GDB 开始执行程序：

run

于是，当断点第一次被命中时，GDB 在输出中显示了以下内容：

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

如上方输出所示，调试器显示了设置断点所在的行。现在，让我们打印 'out' 的当前值。方式如下：

(gdb)
 print out
$1 = 5
(gdb)

如你所见，打印的值是 '5'。所以目前一切正常。我让调试器继续执行程序，直到下一个断点，这可以通过 'c' 命令完成。

c  

我不断重复这一操作，直到发现 'out' 的值为零。

...
...
...
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，为了确认这就是确切的问题，我这次使用了 GDB 的 's'（即 'step'）命令，而不是 'c'。我只是想让程序执行当前暂停所在的第 11 行，看看是否会在该处发生崩溃。

发生了以下情况：

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

是的，正如上方高亮输出所确认的，异常正是在此处抛出的。当我再次尝试运行 's' 命令时，得到了最终的确认：

(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 调试你的程序了。

总结

我们在这里仅仅触及了皮毛，因为 GDB 提供了许多供用户探索和使用功能。请阅读 GDB 的 man 手册页，以了解更多关于该工具的信息，并在调试代码中的任何问题时尝试使用它。这个调试器有一定的学习曲线，但付出努力是值得的。