C语言入门（21）——使用DBG对C语言进行调试

程序中除了一目了然的Bug之外都需要一定的调试手段来分析到底错在哪。到目前为止我们的调试手段只有一种：根据程序执行时的出错现象假设错误原因，然后在代码中适当的位置插入printf，执行程序并分析打印结果，如果结果和预期的一样，就基本上证明了自己假设的错误原因，就可以动手修正Bug了，如果结果和预期的不一样，就根据结果做进一步的假设和分析。
我们介绍一种非常强大的调试工具gdb，可以完全操控程序的运行，并且随时可以查看程序中所有的内部状态，比如各变量的值、传给函数的参数、当前执行的语句位置等。调试的基本思想仍然“分析现象->假设错误原因->产生新的现象去验证假设”这样一个循环，根据现象如何假设错误原因，以及如何设计新的现象去验证假设，这都需要非常严密的分析和思考，如果因为手里有了强大的工具就滥用，而忽视了严谨的思维，往往会治标不治本地修正Bug，导致一个错误现象消失了但Bug仍然存在，甚至是把程序越改越错。

单步执行和跟踪函数调用

看下面的程序：

#include <stdio.h>int add_range(int low, int high)
{int i, sum = 0;for (i = low; i <= high; i++)sum = sum + i;return sum;
}int main(valoid)
{int result[100];result[0] = add_range(1, 10);result[1] = add_range(1, 100);printf("result[0]=%d\nresult[1]=%d\n", result[0], result[1]);return 0;
}

add_range函数从low加到high，在main函数中首先从1加到10，把结果保存下来，然后从1加到100，再把结果保存下来，最后打印出的两个结果是：

结果显然不正确，在小学我们就学了高斯小时候的故事，从1加到100应该是5050。下面通过gbd把错误找出来。

在编译时要加上-g选项，生成的目标文件才能用gdb进行调试：

(gdb) -g选项的作用是在目标文件中加入源代码的信息，比如目标文件中第几条机器指令对应源代码的第几行，但并不是把整个源文件嵌入到目标文件中，所以在调试时目标文件时必须保证gdb也能找到源文件。gdb提供一个类似shell的命令行环境，上面的(gdb)就是提示符，在这个提示符下输入help可以查看命令的类别：

可以进一步查看某一类别中有哪些命令，例如查看files类别下有哪些命令可以用：

现在试试用list命令从第一行开始列出源代码：

一次只列10行，如果要从11行开始继续列源代码可以输入

(gdb) list

也可以什么都不输直接敲回车，gdb提供了一个很方便的功能，在提示符下直接敲回车表示用适当的参数重复上一条命令。

gdb的很多常用命令有简写形式，例如list命令可以写成l，要列一个函数的源代码也可以用函数名做参数：

gcc的-g选项并不是把源代码嵌入到目标文件中的，在调试目标文件时也需要源文件。我们继续调试。首先用start命令开始执行程序：

这表示停在main函数中变量定义之后的第一条语句处等待我们发命令，gdb列出这条语句表示它还没执行，并且马上要执行。我们可以用next命令（简写为n）控制这些语句一条一条地执行：

用n命令依次执行两行赋值语句和一行打印语句，在执行打印语句时结果立刻打出来了，然后停在return语句之前等待我们发命令。虽然我们完全控制了程序的执行，但仍然看不出哪里错了，因为错误不在main函数而在add_range函数，现在用start命令重新来过，这次用step命令（简写为s）进入函数中去执行：

这次停在了函数中变量定义之后的第一条语句处。在函数中有几种查看状态的办法，backtrace命令（简写为bt）可以查看函数调用的栈帧：

可见当前的add_range函数是被main函数调用的，main传进来的参数是low=1，high=10。main函数的栈帧编号为1，add_range的栈帧编号为0。现在可以用info命令（简写为i）查看add_range局部变量的值：

用s或n往下走几步，然后用print命令（简写为p）打出变量sum的值：

根据上面两步的结果我们可以看到，变量sum没有做初始化，所以直接导致后面的运算结果错误。

这时候我们已经找到错误原因，可以退出gdb修改源代码了。

代码修改如下：

#include <stdio.h>int add_range(int low, int high)
{inti, sum = 0;for(i = low; i <= high; i++)sum= sum + i;returnsum;
}int main(void)
{intresult[100];result[0]= add_range(1, 10);result[1]= add_range(1, 100);printf("result[0]=%d\nresult[1]=%d\n",result[0], result[1]);return0;
}

修改完毕重新编译并运行：

发现结果正确了。

下面是常用的gdb指令：

backtrace（或bt）查看各级函数调用及参数

finish 执行到当前函数返回，然后停下来等待命令

frame（或f）帧编号选择栈帧

info（或i） locals 查看当前栈帧局部变量的值

list（或l）列出源代码，接着上次的位置往下列，每次列10行

list 行号列出从第几行开始的源代码

list 函数名列出某个函数的源代码

next（或n）执行下一行语句

print（或p）打印表达式的值，通过表达式可以修改变量的值或者调用函数

set var 修改变量的值

start 开始执行程序，停在main函数第一行语句前面等待命令

step（或s）执行下一行语句，如果有函数调用则进入到函数中

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