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开发者笔记

2023年1月7日

用 GDB 调试程序(五)

文章转自:陈皓的 GDB 调试系列教程

系列文章:

查看运行时数据

在你调试程序时,当程序被停住时,你可以使用print命令(简写命令为p),或是同义命令inspect来查看当前程序的运行数据。print命令的格式是:

    print <expr>
    print /<f> <expr>

<expr> 是表达式,是你所调试的程序的语言的表达式(GDB可以调试多种编程语言),<f> 是输出的格式,比如,如果要把表达式按16进制的格式输出,那么就是/x。

一、表达式

print和许多GDB的命令一样,可以接受一个表达式,GDB会根据当前的程序运行的数据来计算这个表达式,既然是表达式,那么就可以是当前程序运行中的const常量、变量、函数等内容。可惜的是GDB不能使用你在程序中所定义的宏。

表达式的语法应该是当前所调试的语言的语法,由于C/C++是一种大众型的语言,所以,本文中的例子都是关于C/C++的。(而关于用GDB调试其它语言的章节,我将在后面介绍)

在表达式中,有几种GDB所支持的操作符,它们可以用在任何一种语言中。

    @
        是一个和数组有关的操作符,在后面会有更详细的说明。

    ::
        指定一个在文件或是一个函数中的变量。

    {<type>} <addr>
        表示一个指向内存地址<addr>的类型为type的一个对象。
 

二、程序变量

在GDB中,你可以随时查看以下三种变量的值: 1、全局变量(所有文件可见的) 2、静态全局变量(当前文件可见的) 3、局部变量(当前Scope可见的)

如果你的局部变量和全局变量发生冲突(也就是重名),一般情况下是局部变量会隐藏全局变量,也就是说,如果一个全局变量和一个函数中的局部变量同名时,如果当前停止点在函数中,用print显示出的变量的值会是函数中的局部变量的值。如果此时你想查看全局变量的值时,你可以使用“::”操作符:

    file::variable
    function::variable

可以通过这种形式指定你所想查看的变量,是哪个文件中的或是哪个函数中的。例如,查看文件f2.c中的全局变量x的值:

    gdb) p 'f2.c'::x

当然,“::”操作符会和C++中的发生冲突,GDB能自动识别“::” 是否C++的操作符,所以你不必担心在调试C++程序时会出现异常。

另外,需要注意的是,如果你的程序编译时开启了优化选项,那么在用GDB调试被优化过的程序时,可能会发生某些变量不能访问,或是取值错误码的情况。这个是很正常的,因为优化程序会删改你的程序,整理你程序的语句顺序,剔除一些无意义的变量等,所以在GDB调试这种程序时,运行时的指令和你所编写指令就有不一样,也就会出现你所想象不到的结果。对付这种情况时,需要在编译程序时关闭编译优化。一般来说,几乎所有的编译器都支持编译优化的开关,例如,GNU的C/C++编译器GCC,你可以使用“-gstabs”选项来解决这个问题。关于编译器的参数,还请查看编译器的使用说明文档。

三、数组

有时候,你需要查看一段连续的内存空间的值。比如数组的一段,或是动态分配的数据的大小。你可以使用GDB的“@”操作符,“@”的左边是第一个内存的地址的值,“@”的右边则你你想查看内存的长度。例如,你的程序中有这样的语句:

    int *array = (int *) malloc (len * sizeof (int));

于是,在GDB调试过程中,你可以以如下命令显示出这个动态数组的取值:

    p *array@len

@的左边是数组的首地址的值,也就是变量array所指向的内容,右边则是数据的长度,其保存在变量len中,其输出结果,大约是下面这个样子的:

    (gdb) p *array@len
    $1 = {2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40}

如果是静态数组的话,可以直接用print数组名,就可以显示数组中所有数据的内容了。

四、输出格式

一般来说,GDB会根据变量的类型输出变量的值。但你也可以自定义GDB的输出的格式。例如,你想输出一个整数的十六进制,或是二进制来查看这个整型变量的中的位的情况。要做到这样,你可以使用GDB的数据显示格式:

  • x: 按十六进制格式显示变量。
  • d: 按十进制格式显示变量。
  • u: 按十六进制格式显示无符号整型。
  • o: 按八进制格式显示变量。
  • t: 按二进制格式显示变量。
  • a: 按十六进制格式显示变量。
  • c: 按字符格式显示变量。
  • f: 按浮点数格式显示变量。
    (gdb) p i
    $21 = 101   

    (gdb) p/a i
    $22 = 0x65

    (gdb) p/c i
    $23 = 101 'e'

    (gdb) p/f i
    $24 = 1.41531145e-43

    (gdb) p/x i
    $25 = 0x65

    (gdb) p/t i
    $26 = 1100101

五、查看内存

你可以使用examine命令(简写是x)来查看内存地址中的值。x命令的语法如下所示:

x/<n/f/u> <addr>

n、f、u是可选的参数。

n 是一个正整数,表示显示内存的长度,也就是说从当前地址向后显示几个地址的内容。

f 表示显示的格式,参见上面。如果地址所指的是字符串,那么格式可以是s,如果地十是指令地址,那么格式可以是i。

u 表示从当前地址往后请求的字节数,如果不指定的话,GDB默认是4个bytes。u参数可以用下面的字符来代替,b表示单字节,h表示双字节,w表示四字节,g表示八字节。当我们指定了字节长度后,GDB会从指内存定的内存地址开始,读写指定字节,并把其当作一个值取出来。

<addr> 表示一个内存地址。

n/f/u三个参数可以一起使用。例如:

命令:x/3uh 0x54320 表示,从内存地址0x54320读取内容,h表示以双字节为一个单位,3表示三个单位,u表示按十六进制显示。

六、自动显示

你可以设置一些自动显示的变量,当程序停住时,或是在你单步跟踪时,这些变量会自动显示。相关的GDB命令是display。

display <expr>
display/<fmt> <expr>
display/<fmt> <addr>

expr是一个表达式,fmt表示显示的格式,addr表示内存地址,当你用display设定好了一个或多个表达式后,只要你的程序被停下来,GDB会自动显示你所设置的这些表达式的值。

格式i和s同样被display支持,一个非常有用的命令是:

    display/i $pc

$pc是GDB的环境变量,表示着指令的地址,/i则表示输出格式为机器指令码,也就是汇编。于是当程序停下后,就会出现源代码和机器指令码相对应的情形,这是一个很有意思的功能。

下面是一些和display相关的GDB命令:

undisplay <dnums...>
delete display <dnums...>

删除自动显示,dnums意为所设置好了的自动显式的编号。如果要同时删除几个,编号可以用空格分隔,如果要删除一个范围内的编号,可以用减号表示(如:2-5)

disable display <dnums...>
enable display <dnums...>
disable和enalbe不删除自动显示的设置,而只是让其失效和恢复。
info display

查看display设置的自动显示的信息。GDB会打出一张表格,向你报告当然调试中设置了多少个自动显示设置,其中包括,设置的编号,表达式,是否enable。

七、设置显示选项

GDB中关于显示的选项比较多,这里我只例举大多数常用的选项。

    set print address
    set print address on
        打开地址输出,当程序显示函数信息时,GDB会显出函数的参数地址。系统默认为打开的,如:

        (gdb) f
        #0  set_quotes (lq=0x34c78 "<<", rq=0x34c88 ">>")
            at input.c:530
        530         if (lquote != def_lquote)

    set print address off
        关闭函数的参数地址显示,如:

        (gdb) set print addr off
        (gdb) f
        #0  set_quotes (lq="<<", rq=">>") at input.c:530
        530         if (lquote != def_lquote)

    show print address
        查看当前地址显示选项是否打开。

    set print array
    set print array on
        打开数组显示,打开后当数组显示时,每个元素占一行,如果不打开的话,每个元素则以逗号分隔。这个选项默认是关闭的。与之相关的两个命令如下,我就不再多说了。

    set print array off
    show print array

    set print elements <number-of-elements>
        这个选项主要是设置数组的,如果你的数组太大了,那么就可以指定一个<number-of-elements>来指定数据显示的最大长度,当到达这个长度时,GDB就不再往下显示了。如果设置为0,则表示不限制。

    show print elements
        查看print elements的选项信息。

    set print null-stop <on/off>
        如果打开了这个选项,那么当显示字符串时,遇到结束符则停止显示。这个选项默认为off。

    set print pretty on
        如果打开printf pretty这个选项,那么当GDB显示结构体时会比较漂亮。如:

            $1 = {
              next = 0x0,
              flags = {
                sweet = 1,
                sour = 1
              },
              meat = 0x54 "Pork"
            }

    set print pretty off
        关闭printf pretty这个选项,GDB显示结构体时会如下显示:

            $1 = {next = 0x0, flags = {sweet = 1, sour = 1}, meat = 0x54 "Pork"}

    show print pretty
        查看GDB是如何显示结构体的。


    set print sevenbit-strings <on/off>
        设置字符显示,是否按“/nnn”的格式显示,如果打开,则字符串或字符数据按/nnn显示,如“/065”。

    show print sevenbit-strings
        查看字符显示开关是否打开。

    set print union <on/off>
        设置显示结构体时,是否显式其内的联合体数据。例如有以下数据结构:

        typedef enum {Tree, Bug} Species;
        typedef enum {Big_tree, Acorn, Seedling} Tree_forms;
        typedef enum {Caterpillar, Cocoon, Butterfly}
                      Bug_forms;

        struct thing {
          Species it;
          union {
            Tree_forms tree;
            Bug_forms bug;
          } form;
        };

        struct thing foo = {Tree, {Acorn}};

        当打开这个开关时,执行 p foo 命令后,会如下显示:
            $1 = {it = Tree, form = {tree = Acorn, bug = Cocoon}}

        当关闭这个开关时,执行 p foo 命令后,会如下显示:
            $1 = {it = Tree, form = {...}}

    show print union
        查看联合体数据的显示方式

    set print object <on/off>
        在C++中,如果一个对象指针指向其派生类,如果打开这个选项,GDB会自动按照虚方法调用的规则显示输出,如果关闭这个选项的话,GDB就不管虚函数表了。这个选项默认是off。

    show print object
        查看对象选项的设置。

    set print static-members <on/off>
        这个选项表示,当显示一个C++对象中的内容是,是否显示其中的静态数据成员。默认是on。

    show print static-members
        查看静态数据成员选项设置。

    set print vtbl <on/off>
        当此选项打开时,GDB将用比较规整的格式来显示虚函数表时。其默认是关闭的。

    show print vtbl
        查看虚函数显示格式的选项。
   

八、历史记录

当你用GDB的print查看程序运行时的数据时,你每一个print都会被GDB记录下来。GDB会以$1, $2, $3 …..这样的方式为你每一个print命令编上号。于是,你可以使用这个编号访问以前的表达式,如$1。这个功能所带来的好处是,如果你先前输入了一个比较长的表达式,如果你还想查看这个表达式的值,你可以使用历史记录来访问,省去了重复输入。

九、GDB环境变量

你可以在GDB的调试环境中定义自己的变量,用来保存一些调试程序中的运行数据。要定义一个GDB的变量很简单只需。使用GDB的set命令。GDB的环境变量和UNIX一样,也是以$起头。如:

    set $foo = *object_ptr

使用环境变量时,GDB会在你第一次使用时创建这个变量,而在以后的使用中,则直接对其賦值。环境变量没有类型,你可以给环境变量定义任一的类型。包括结构体和数组。

    show convenience
        该命令查看当前所设置的所有的环境变量。
 

这是一个比较强大的功能,环境变量和程序变量的交互使用,将使得程序调试更为灵活便捷。例如:

    set $i = 0
    print bar[$i++]->contents

于是,当你就不必,print bar[0]->contents, print bar[1]->contents 地输入命令了。输入这样的命令后,只用敲回车,重复执行上一条语句,环境变量会自动累加,从而完成逐个输出的功能。

十、查看寄存器

要查看寄存器的值,很简单,可以使用如下命令:

    info registers
        查看寄存器的情况。(除了浮点寄存器)

    info all-registers
        查看所有寄存器的情况。(包括浮点寄存器)

    info registers <regname ...>
        查看所指定的寄存器的情况。
 

寄存器中放置了程序运行时的数据,比如程序当前运行的指令地址(ip),程序的当前堆栈地址(sp)等等。你同样可以使用print命令来访问寄存器的情况,只需要在寄存器名字前加一个$符号就可以了。如:p $eip。

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