GDB程序启动和断点设置

GDB程序启动和断点设置

前面章节介绍了如何启动GDB调试器，本节介绍如何在 GDB 调试器中启动（运行）程序，启动程序过程中的一些注意事项 以及借助 GDB 调试器在程序中的某个地方设置断点。

程序启动

根据不同场景的需要，GDB 调试器提供了多种方式来启动目标程序，其中最常用的就是 run 指令，其次为 start 指令。也就是说，run 和 start 指令都可以用来在 GDB 调试器中启动程序，它们之间的区别是：

（1）、默认情况下，run 指令会一直执行程序，直到执行结束。如果程序中手动设置有断点，则 run 指令会执行程序至第一个断点处；

（2）、start 指令会执行程序至 main() 主函数的起始位置，即在 main() 函数的第一行语句处停止执行。

不仅如此，在进行 run 或者 start 指令启动目标程序之前，还可能需要做一些必要的准备工作，大致包括以下几个方面：

（1）、如果启动 GDB 调试器时未指定要调试的目标程序，或者由于各种原因 GDB 调试器并为找到所指定的目标程序，这种情况下就需要再次手动指定；

（2）、有些 C 或者 C++ 程序的执行，需要接收一些参数（程序中用 argc 和 argv[] 接收）；

（3）、目标程序在执行过程中，可能需要临时设置 PATH 环境变量；

（4）、默认情况下，GDB 调试器将启动时所在的目录作为工作目录，但很多情况下，该目录并不符合要求，需要在启动程序手动为 GDB 调试器指定工作目录。

（5）、默认情况下，GDB 调试器启动程序后，会接收键盘临时输入的数据，并将执行结果会打印在屏幕上。但 GDB 调试器允许对执行程序的输入和输出进行重定向，使其从文件或其它终端接收输入，或者将执行结果输出到文件或其它终端。

示例程序：

#include<stdio.h>
int main(int argc,char* argv[])
{
    FILE * fp;
    if((fp = fopen(argv[1],"r")) == NULL){
        printf("file open fail");
    }
    else{
        printf("file open true");
    }
    return 0;
}

命令行打开GDB后，是位于当前目录下，假设我们在root的家目录启动gdb。则在执行 main 之前，有以下几项要做：

1) 首先，对于已启动的 GDB 调试器，我们可以先通过 l （小写的 L）指令验证其是否已找到指定的目标程序文件：

可以看到，对于找不到目标程序文件的 GDB 调试器，l 指令的执行结果显示“无法加载符号表”。这种情况下，我们就必须手动为其指定要调试的目标程序，例如：

可以看到，通过借助 file 命令，则无需重启 GDB 调试器也能指定要调试的目标程序文件。

 2) 通过分析 main.c 中程序的逻辑不难发现，要想其正确执行，必须在执行程序的同时给它传递一个目标文件的文件名。总的来说，为 GDB 调试器指定的目标程序传递参数，常用的方法有 3 种：

（1）、启动 GDB 调试器时，可以在指定目标调试程序的同时，使用 --args 选项指定需要传递给该程序的数据。仍以 main程序为例：

[root@all c]# gdb -args main a.txt

整个指令的意思是：启动 GDB 调试器调试 main.exe 程序，并为其传递 "a.txt" 这个字符串（其会被 argv[] 字符串数组接收）。

（2）、GDB 调试器启动后，可以借助 set args 命令指定目标调试程序启动所需要的数据。仍以 main 为例：

(gdb) set args a.txt

该命令表示将 "a.txt" 传递给将要调试的目标程序。

（3）、还可以使用 run 或者 start 启动目标程序时，指定其所需要的数据。例如：

(gdb) run a.txt
(gdb) start a.txt3）

3）默认情况下，GDB 调试器的工作目录为启动时所使用的目录。当然，GDB 调试器提供有修改工作目录的指令，即 cd 指令。例如，将 GDB 调试器的工作目录修改为 /root/c，则执行指令为：

(gdb) cd /root/c

4) 某些场景中，目标调试程序的执行还需要临时修改 PATH 环境变量，此时就可以借助 path 指令，例如：

(gdb) path /temp/demo
Executable and object file path: /root/c:/usr/local/sbin:/usr/local/bin...

此修改方式只是临时的，退出 GDB 调试后会失效。

5) 默认情况下，GDB 调试的程序会接收 set args 等方式指定的参数，同时会将输出结果打印到屏幕上。而通过对输入、输出重定向，可以令调试程序接收指定文件或者终端提供的数据，也可以将执行结果输出到文件或者某个终端上。

例如，将 main 文件的执行结果输出到 a.txt 文件中，执行如下命令：

(gdb) run > a.txt

在 GDB 调试的工作目录下就会生成一个 a.txt 文件，其中存储的即为 main 的执行结果。

总的来说，只有将调试程序所需的运行环境搭建好后，才能使用 run 或者 start 命令开始调试。如下是一个完整的实例，演示了 GDB 调试 mian之前所做的准备工作[root@all c]# pwd <--显示当前工作路径

[root@all c]# ls       <-- 显示当前路径下的文件
a.txt  main.c  main.exe
[root@all c]# cd ~  <-- 进入 home 目录
[root@all ~]# gdb -q      <-- 开启 GDB 调试器
(gdb) cd /root/c            <-- 修改 GDB 调试器的工作目录
Working directory /root/c.
(gdb) file main               <-- 指定要调试的目标文件
Reading symbols from main...
(gdb) set args a.txt               <-- 指定传递的数据
(gdb) run                               <-- 运行程序
Starting program: /root/c/main a.txt
file open true
Program exited normally.

 设置断点

在 GDB 调试器中对  C/C++ 程序打断点，最常用的就是 break 命令，有些场景中还会用到 tbreak 或者 rbreak 命令，本节将对这 3 个命令的功能和用法做详细的讲解。以一下一段C代码演示断点的使用：

#include<stdio.h>
int main(int argc,char* argv[])
{
    int num = 1;
    while(num<100)
    {
        num *= 2;
    }
    printf("num=%d",num);
    return 0;
}

GDB break命令

break 命令（可以用 b 代替）常用的语法格式有以下 2 种。

1、(gdb) break location     // b location
2、(gdb) break ... if cond   // b .. if cond

1) 第一种格式中，location 用于指定打断点的具体位置，其表示方式有多种，如表 1 所示。

表 1 location 参数的表示方式

location 的值	含 义
linenum	linenum 是一个整数，表示要打断点处代码的行号。要知道，程序中各行代码都有对应的行号，可通过执行 l（小写的 L）命令看到。
filename:linenum	filename 表示源程序文件名；linenum 为整数，表示具体行数。整体的意思是在指令文件 filename 中的第 linenum 行打断点。
+ offset - offset	offset 为整数（假设值为 2），+offset 表示以当前程序暂停位置（例如第 4 行）为准，向后数 offset 行处（第 6 行）打断点；-offset 表示以当前程序暂停位置为准，向前数 offset 行处（第 2 行）打断点。
function	function 表示程序中包含的函数的函数名，即 break 命令会在该函数内部的开头位置打断点，程序会执行到该函数第一行代码处暂停。
filename:function	filename 表示远程文件名；function 表示程序中函数的函数名。整体的意思是在指定文件 filename 中 function 函数的开头位置打断点。

2) 第二种格式中，... 可以是表 1 中所有参数的值，用于指定打断点的具体位置；cond 为某个表达式。整体的含义为：每次程序执行到 ... 位置时都计算 cond 的值，如果为 True，则程序在该位置暂停；反之，程序继续执行。

如下演示了以上 2 种打断点方式的具体用法：

[root@all c]# gdb main -q
Reading symbols from /root/c/main...done.
(gdb) l
1    #include<stdio.h>
2    int main(int argc,char* argv[])
3    {
4        int num = 1;
5        while(num<100)
6        {
7            num *= 2;
8        }
9        printf("num=%d",num);
10        return 0;
(gdb) 
11    }
(gdb) b 4                                         # 程序第4行打断点
Breakpoint 1 at 0x4004d3: file main.c, line 4.
(gdb) r                                           # 运行程序，到第4行暂停
Starting program: /root/c/main 

Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0x7fffffffe278) at main.c:4
4        int num = 1;
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.12-1.149.el6.x86_64
(gdb) b +1                                        # 在第4行的基础上，在第5行代码处打断点
Breakpoint 2 at 0x4004da: file main.c, line 5.
(gdb) c                                           # 继续执行程序，到第5行暂停
Continuing.

Breakpoint 2, main (argc=1, argv=0x7fffffffe278) at main.c:5
5        while(num<100)
(gdb) b 7 if num>10                               # 如果 num > 10 ,在第7行打断点
Breakpoint 3 at 0x4004dc: file main.c, line 7.
(gdb) c                                           # 继续执行
Continuing.

Breakpoint 3, main (argc=1, argv=0x7fffffffe278) at main.c:7
7            num *= 2;                            # 程序在第7行暂停
(gdb) p num                                       # p 命令查看 num 的当前值
$1 = 16

 GDB tbreak命令

tbreak 命令可以看到是 break 命令的另一个版本，tbreak 和 break 命令的用法和功能都非常相似，唯一的不同在于，使用 tbreak 命令打的断点仅会作用 1 次，即使程序暂停之后，该断点就会自动消失。

tbreak 命令的使用格式和 break 完全相同，有以下 2 种：

1、(gdb) tbreak location
2、(gdb) tbreak ... if cond

仍以 main 为例，如下演示了 tbreak 命令的用法：

[root@all c]# gdb main -q
Reading symbols from /root/c/main...done.
(gdb) tbreak 7 if num>10
Temporary breakpoint 1 at 0x4004dc: file main.c, line 7.
(gdb) r
Starting program: /root/c/main 

Temporary breakpoint 1, main (argc=1, argv=0x7fffffffe278) at main.c:7
7            num *= 2;
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.12-1.149.el6.x86_64
(gdb) p num
$1 = 16
(gdb) c
Continuing.
num=128
Program exited normally.
(gdb)

可以看到，自num=16开始，后续循环过程中 num 的值始终大于 10，则num>10表达式的值永远为 True，理应在第 7 行暂停多次。但由于打断点采用的是 tbreak 命令，因此断点的作用只起 1 次。

GDB rbreak命令

和 break 和 tbreak 命令不同，rbreak 命令的作用对象是 C、C++ 程序中的函数，它会在指定函数的开头位置打断点。

tbreak 命令的使用语法格式为：

(gdb) tbreak regex

其中 regex 为一个正则表达式，程序中函数的函数名只要满足 regex 条件，tbreak 命令就会其内部的开头位置打断点。tbreak 命令打的断点和 break 命令打断点的效果是一样的，会一直存在，不会自动消失。

这里我们对 main.c 源文件的程序做如下修改：

(gdb) l      <-- 显示源码
1 #include<stdio.h>
2 void rb_one(){
3    printf("rb_one
");
4 }
5 void rb_second(){
6   printf("rb_second");
7 }
8 int main(int argc,char* argv[])
9 {
10     rb_one();
(gdb)
11     rb_second();
12     return 0;
13 }
(gdb) rbreak rb_*       <--匹配所有以 rb_ 开头的函数
Breakpoint 1 at 0x1169: file main.c, line 2.
void rb_one();
Breakpoint 2 at 0x1180: file main.c, line 5.
void rb_second();
(gdb) r
Starting program: /home/ubuntu64/demo/main.exe

Breakpoint 1, rb_one () at main.c:2
2 void rb_one(){
(gdb) c
Continuing.
rb_one

Breakpoint 2, rb_second () at main.c:5
5 void rb_second(){
(gdb) c
Continuing.
rb_second[Inferior 1 (process 7882) exited normally]
(gdb)

可以看到，通过执行rbreak rb_*指令，找到了程序中所有以 tb_* 开头的函数，并在这些函数内部的开头位置打上了断点（如上所示，分别为第 2 行和第 5 行）。