Linux環境下的C/C++基礎調試技術1——初步了解（2010.12.5更新）

Author:gnuhpc
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1.調試技術的幾個准則

• 驚喜准則：找到錯誤是一種驚喜，心理上不要畏懼而是要懷著感恩的心去面對。
• 從小處開始准則：剛開始測試的使用從小處著手，暫時不涉及邊界數據，雖然這樣可能會掩蓋一些Bug，但是這樣或許能查到最主要的Bug，例如你的程序包含了一個巨大的循環體，最容易發現的Bug在第一個循環或第二次循環執行的時候。
• 自頂向下准則：優先選擇step over而不是step into，以節省時間。
• Segmentation Fault准則：出現段錯誤時，第一個想到的不應該是printf而是Debugger，因為在調試器中你能看到你的哪一行代碼導致了錯誤，更重要的是你可以通過backtrace等工具得到更多有用的信息。
• 折半查找准則：在尋找bug時可以充分利用編輯器等工具來進行折半查找，具體在後邊有例子說明。

2.Linux下代碼調試工具

主要使用的GDB，以及基於GDB的圖形化工具，如DDD或eclipse，選擇上看個人習慣了。

命令行式的GDB啟動較快，可以在ssh終端下使用，操作簡潔，並且在調試GUI程序時不會崩潰，但較之圖形化則在單步調試或設置斷點時非常不方便。

當然你可以使用Vim等編輯器的插件或者補丁（clewn or vimGDB）來彌補這一缺憾，並且在GDB6.1以上的版本你可以使用GDB -tui這個模式（或者在GDB的命令行模式下按CTRL-x-a）打開一個類似於圖形界面的文本界面模式，在這個界面中你可以使用上下鍵查看源代碼（CTRL-P 和 CTRL-N完成輸入過的命令的查看）.

或者你還可以使用cGDB這個工具（很慶幸這個項目在停止了三年後又有人開始維護了），這個工具是將GDB用curses包裝了一下，提供了一些很好用的feature（Esc和i鍵在代碼和命令框間切換；在代碼框中支持vim型的操作；在命令框中支持tab鍵補全命令；在移動到想加入斷點的行（行號為高亮白色）直接用空格鍵，設定好後行號會變紅；）。另外，在調試C-S程序時推薦使用eclipse。

在本文中，重點介紹ddd的操作，因為這個工具即結合了GDB命令行和圖形界面的操作。其余請參閱各個工具的手冊。

3.GDB命令行最基本操作

• 設置斷點：b LineNumber
• 運行程序：r args1 args2 ...
• 徹底終止程序：kill
• 單步執行：n（TIPs1：可以按回車重復上一次操作，在單步調試時這個feature很有用）。
• 單步進入：s
• 繼續執行：c
• 設置臨時斷點：tb LineNumber 可以理解為一次性斷點，與斷點不同，臨時斷點只在第一次執行時起作用。
• 查看變量：p
• 設置觀察點：
  • w Expression，當Expression是一個變量名時，這個變量變化時會停止執行；你也可以使用條件來限定，比如w (z>28)，當z大於28時，程序停止。注意觀察點一般使用在更大范圍上的變量，而不是本地變量，因為在局部變量上設置的觀察點在局部結束時（比如該變量所在的函數執行結束時）就被取消了。
  • 當然這並不包含main的情況，因為main函數執行結束後程序就結束了。
• 查看棧幀：
  • 棧幀指的是在一個函數調用時，該函數調用的運行信息（包含本地變量、參數以及函數被調用的位置）存儲的地方。每當一個函數被調用時，一個新的幀就被系統壓入一個由系統維護的幀，在這個棧的頂端是現在正在運行的函數信息，當該函數調用結束時被彈出並析構。
  • 在GDB中，frame 0為當前幀，frame 1為當前幀的父幀，frame 2為父幀的父幀，等等，用down命令則是反向的。這是一個很有用的信息，因為在早期的一些幀中的信息可能會給你一些提示。
  • backtrace查看整個幀棧
  • 注意：在幀中來回並不影響程序的執行。

實例：插入排序算法調試

用偽代碼描述這個過程如下：

擬調試代碼如下：

//

// insertion sort, 

//

// usage:  insert_sort num1 num2 num3 ..., where the numi are the numbers to

// be sorted

int x[10],  // input array

    y[10],  // workspace array  

    num_inputs,  // length of input array

    num_y = 0;  // current number of elements in y

void get_args(int ac, char **av)

{  int i;

   num_inputs = ac - 1;

   for (i = 0; i < num_inputs; i++)

      x[i] = atoi(av[i+1]);

}

void scoot_over(int jj)

{  int k;

   for (k = num_y-1; k > jj; k++)

      y[k] = y[k-1];

}