iOS——调试工具LLDB学习

一、前言

　　LLDB是个开源的内置于XCode的具有REPL(read-eval-print-loop)特征的Debugger，其可以安装C++或者Python插件。在日常的开发和调试过程中给开发人员带来了非常多的帮助。了解并熟练掌握LLDB的使用是非常有必要的。这篇文章将会带着大家一起了解在iOS开发中LLDB调试器的使用。

二、LLDB基础

2.1 LLDB基本语法

　　LLDB的基本语法如下

<command> [<subcommand> [<subcommand>...]] <action> [-options [option-value]] [argument [argument...]]

• <command>(命令)和<subcommand>(子命令)：LLDB调试命令的名称。命令和子命令按层级结构来排列：一个命令对象为跟随其的子命令对象创建一个上下文，子命令又为其子命令创建一个上下文，依此类推。

• <action>：执行命令的操作
• <options>：命令选项
• <arguement>：命令的参数
• []：表示命令是可选的，可以有也可以没有

　　举个例子，假设我们给main方法设置一个断点，我们使用下面的命令：

　　这个命令对应到上面的语法就是：

1. command: breakpoint 表示断点命令 
2. action: set 表示设置断点 
3. option: -n 表示根据方法name设置断点 
4. arguement: mian 表示方法名为mian　　

2.2 LLDB的基本使用

 2.2.1 Help命令　　

　　LLDB其中内置了非常多的功能，选择去硬背每一条指令并不是一个明智的选择。我们只需要记住一些常用的指令，在需要的时候通过help命令来查看相关的描述即可。

(lldb) help
Debugger commands:
  apropos           -- List debugger commands related to a word or subject.
  breakpoint        -- Commands for operating on breakpoints (see 'help b' for
                       shorthand.)
  bugreport         -- Commands for creating domain-specific bug reports.
  command           -- Commands for managing custom LLDB commands.
  disassemble       -- Disassemble specified instructions in the current
                       target.  Defaults to the current function for the
                       current thread and stack frame.
  expression        -- Evaluate an expression on the current thread.  Displays
                       any returned value with LLDB's default formatting.
  frame             -- Commands for selecting and examing the current thread's
                       stack frames.
  gdb-remote        -- Connect to a process via remote GDB server.  If no host
                       is specifed, localhost is assumed.
  gui               -- Switch into the curses based GUI mode.
  help              -- Show a list of all debugger commands, or give details
                       about a specific command.
......

　　我们要查看某一个命令改如何使用时，可以使用 help <command> 来获取对应命令的使用方法。

(lldb) help expression
     Evaluate an expression on the current thread.  Displays any returned value
     with LLDB's default formatting.  Expects 'raw' input (see 'help
     raw-input'.)

Syntax: expression <cmd-options> -- <expr>

Command Options Usage:
  expression [-AFLORTgp] [-f <format>] [-G <gdb-format>] [-a <boolean>] [-i <boolean>] [-t <unsigned-integer>] [-u <boolean>] [-l <source-language>] [-X <boolean>] [-v[<description-verbosity>]] [-j <boolean>] [-d <none>] [-S <boolean>] [-D <count>] [-P <count>] [-Y[<count>]] [-V <boolean>] [-Z <count>] -- <expr>
  expression [-AFLORTgp] [-a <boolean>] [-i <boolean>] [-t <unsigned-integer>] [-u <boolean>] [-l <source-language>] [-X <boolean>] [-j <boolean>] [-d <none>] [-S <boolean>] [-D <count>] [-P <count>] [-Y[<count>]] [-V <boolean>] [-Z <count>] -- <expr>
  expression [-r] -- <expr>
  expression <expr>

       -A ( --show-all-children )
            Ignore the upper bound on the number of children to show.

       -D <count> ( --depth <count> )
            Set the max recurse depth when dumping aggregate types (default is
            infinity).

。。。。。。

Examples:

    expr my_struct->a = my_array[3]
    expr -f bin -- (index * 8) + 5
    expr unsigned int $foo = 5
    expr char c[] = "foo"; c[0]
     
     Important Note: Because this command takes 'raw' input, if you use any
     command options you must use ' -- ' between the end of the command options
     and the beginning of the raw input.

 2.2.2 expression命令

　　expression命令的作用是执行一个表达式，并将表达式返回的结果输出。expression的完整语法是这样的 ：

expression <cmd-options> -- <expr>

//<cmd-options>：命令选项，一般情况下使用默认的即可，不需要特别标明。
//--: 命令选项结束符，表示所有的命令选项已经设置完毕，如果没有命令选项，--可以省略
//<expr>: 要执行的表达式

　　说expression是LLDB里面最重要的命令都不为过。因为他能实现2个功能。

1. 执行某个表达式。 我们在代码运行过程中，可以通过执行某个表达式来动态改变程序运行的轨迹。 假如我们在运行过程中，突然想把self.view颜色改成红色，看看效果。我们不必写下代码，重新run，只需暂停程序，用expression改变颜色，再刷新一下界面，就能看到效果

   // 改变颜色
    (lldb) expression -- self.view.backgroundColor = [UIColor redColor]
    // 刷新界面
    (lldb) expression -- (void)[CATransaction flush]

2. 将返回值输出。 也就是说我们可以通过expression来打印东西。 假如我们想打印self.view

   (lldb) expression self.view
   (UIView *) $0 = 0x00007f8ed7418480
   (lldb) expression -- self.view
   (UIView *) $1 = 0x00007f8ed7418480

 2.2.3 p & print & call & po 命令

　　一般情况下，我们直接用expression还是用得比较少的，更多时候我们用的是p、print、call。这三个命令其实都是 expression -- 的别名（--表示不再接受命令选项，详情见前面原始(raw）命令这一节）：

• print: 打印某个东西，可以是变量和表达式

• p: 可以看做是print的简写

• po：OC里所有的对象都是用指针表示的，所以一般打印的时候，打印出来的是对象的指针，而不是对象本身。如果我们想打印对象。我们需要使用命令选项:-O。为了更方便的使用，LLDB为expression -O –定义了一个别名：po。p打印的是当前对象的地址而po则会调用对象的description方法，做法和NSLog是一致的

• call: 调用某个方法

　　表面上看起来他们可能有不一样的地方，实际都是执行某个表达式（变量也当做表达式），将执行的结果输出到控制台上。所以你可以用p调用某个方法，也可以用call打印东西 e.g: 下面代码效果相同：

(lldb) expression -- self.view
(UIView *) $5 = 0x00007fb2a40344a0
(lldb) p self.view
(UIView *) $6 = 0x00007fb2a40344a0
(lldb) print self.view
(UIView *) $7 = 0x00007fb2a40344a0
(lldb) call self.view
(UIView *) $8 = 0x00007fb2a40344a0
(lldb) e self.view
(UIView *) $9 = 0x00007fb2a40344a0

(lldb) expression -O -- self.view
<UIView: 0x7fb2a40344a0; frame = (0 0; 375 667); autoresize = W+H; layer = <CALayer: 0x7fb2a4018c80>>
(lldb) po self.view
<UIView: 0x7fb2a40344a0; frame = (0 0; 375 667); autoresize = W+H; layer = <CALayer: 0x7fb2a4018c80>>

2.2.4 thread backtrace命令

　　有时候我们想要了解线程堆栈信息，可以使用thread backtrace thread backtrace作用是将线程的堆栈打印出来。我们来看看他的语法 :

thread backtrace [-c <count>] [-s <frame-index>] [-e <boolean>]

/*
   * thread backtrace后面跟的都是命令选项，实际上这些命令选项我们一般不需要使用。
    -c：设置打印堆栈的帧数(frame)
    -s：设置从哪个帧(frame)开始打印
    -e：是否显示额外的回溯
*/

e.g: 当发生crash的时候，我们可以使用thread backtrace查看堆栈调用。从下面的结果中，我们可以看到crash发生在-[ViewController viewDidLoad]中的第23行，只需检查这行代码是不是干了什么非法的事儿就可以了。

(lldb) thread backtrace
* thread #1: tid = 0xdd42, 0x000000010afb380b libobjc.A.dylib`objc_msgSend + 11, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = EXC_BAD_ACCESS (code=EXC_I386_GPFLT)
    frame #0: 0x000000010afb380b libobjc.A.dylib`objc_msgSend + 11
  * frame #1: 0x000000010aa9f75e TLLDB`-[ViewController viewDidLoad](self=0x00007fa270e1f440, _cmd="viewDidLoad") + 174 at ViewController.m:23
    frame #2: 0x000000010ba67f98 UIKit`-[UIViewController loadViewIfRequired] + 1198
    frame #3: 0x000000010ba682e7 UIKit`-[UIViewController view] + 27
    frame #4: 0x000000010b93eab0 UIKit`-[UIWindow addRootViewControllerViewIfPossible] + 61
    frame #5: 0x000000010b93f199 UIKit`-[UIWindow _setHidden:forced:] + 282
    frame #6: 0x000000010b950c2e UIKit`-[UIWindow makeKeyAndVisible] + 42

 此外，LLDB还为backtrace专门定义了一个别名：bt，他的效果与thread backtrace相同，如果你不想写那么长一串字母，直接写下bt即可

2.2.5 thread return命令

　　Debug的时候，也许会因为各种原因，我们不想让代码执行某个方法，或者要直接返回一个想要的值。这时候就该thread return上场了。thread return可以接受一个表达式，调用命令之后直接从当前的frame返回表达式的值。

thread return [<expr>]

　　e.g: 我们有一个someMethod方法，默认情况下是返回YES。我们想要让他返回NO。我们只需在方法的开始位置加一个断点，当程序中断的时候，输入命令即可，效果相当于在断点位置直接调用return NO;，不会执行断点后面的代码。

(lldb) thread return NO

 2.2.6 thread其他不常用的命令

　　thread 相关的还有其他一些不常用的命令，这里就简单介绍一下即可，如果需要了解更多，可以使用命令help thread查阅

• thread jump: 直接让程序跳到某一行。由于ARC下编译器实际插入了不少retain，release命令。跳过一些代码不执行很可能会造成对象内存混乱发生crash。

• thread list: 列出所有的线程

• thread select: 选择某个线程

• thread until: 传入一个line的参数，让程序执行到这行的时候暂停

• thread info: 输出当前线程的信息

2.2.7 c & n & s & finish命令

　　一般在调试程序的时候，我们经常用到下面这4个按钮：

　　用触摸板的孩子们可能会觉得点击这4个按钮比较费劲。其实LLDB命令也可以完成上面的操作，而且如果不输入命令，直接按Enter键，LLDB会自动执行上次的命令。按一下Enter就能达到我们想要的效果，有木有顿时感觉逼格满满的！！！ 我们来看看对应这4个按钮的LLDB命令：

• c/ continue/ thread continue: 这三个命令效果都等同于上图中第一个按钮的。表示程序继续运行

• n/ next/ thread step-over: 这三个命令效果等同于上图第二个按钮。表示单步运行

• s/ step/ thread step-in: 这三个命令效果等同于上图第三个按钮。表示进入某个方法

• finish/ step-out: 这两个命令效果等同于第四个按钮。表示直接走完当前方法，返回到上层frame

 2.2.8 frame命令

　　前面我们提到过很多次frame（帧）。可能有的朋友对frame这个概念还不太了解。随便打个断点，我们在控制台上输入命令bt，可以打印出来所有的frame。如果仔细观察，这些frame和左边红框里的堆栈是一致的。平时我们看到的左边的堆栈就是frame。

  

• frame variable：平时Debug的时候我们经常做的事就是查看变量的值，通过frame variable命令，可以打印出当前frame的所有变量

  (lldb) frame variable
  (ViewController *) self = 0x00007fa158526e60
  (SEL) _cmd = "text:"
  (BOOL) ret = YES
  (int) a = 3

• frame variable 参数：如果我们要需要打印指定变量，也可以给frame variable传入参数。不过frame variable只接受变量作为参数，不接受表达式，也就是说我们无法使用frame variable self.string，因为self.string是调用string的getter方法。所以一般打印指定变量，我更喜欢用p或者po。

  (lldb) frame variable self->_string
  (NSString *) self->_string = nil

• frame info: 查看当前frame的信息

  (lldb) frame info
  frame #0: 0x0000000101bf87d5 TLLDB`-[ViewController text:](self=0x00007fa158526e60, _cmd="text:", ret=YES) + 37 at ViewController.m:38

• frame select: 选择某个frame，当我们选择frame 1的时候，他会把frame1的信息和代码打印出来。不过一般我都是直接在Xcode左边点击某个frame，这样更方便

  (lldb) frame select 1
  frame #1: 0x0000000101bf872e TLLDB`-[ViewController viewDidLoad](self=0x00007fa158526e60, _cmd="viewDidLoad") + 78 at ViewController.m:23
          
           - (void)viewDidLoad {
               [super viewDidLoad];
              [self text:YES];
              NSLog(@"1");
              NSLog(@"2");
              NSLog(@"3");

2.2.9 breakpoint命令

• breakpoint set：设置断点，LLDB提供了很多种设置断点的方式
  • 使用-n根据方法名设置断点

    //我们想给所有类中的viewWillAppear:设置一个断点
    (lldb) breakpoint set -n viewWillAppear:
        Breakpoint 13: 33 locations.

  • 使用-f指定文件

    // 我们只需要给ViewController.m文件中的viewDidLoad设置断点
    (lldb) breakpoint set -f ViewController.m -n viewDidLoad
        Breakpoint 22: where = TLLDB`-[ViewController viewDidLoad] + 20 at ViewController.m:22, address = 0x000000010272a6f4

  • 使用-l指定文件某一行设置断点

    //我们想给ViewController.m第38行设置断点
    (lldb) breakpoint set -f ViewController.m -l 38
    Breakpoint 23: where = TLLDB`-[ViewController text:] + 37 at ViewController.m:38, address = 0x000000010272a7d5

  • 使用-c设置条件断点

    //text:方法接受一个ret的参数，我们想让ret == YES的时候程序中断
    (lldb) breakpoint set -n text: -c ret == YES
    Breakpoint 7: where = TLLDB`-[ViewController text:] + 30 at ViewController.m:37, address = 0x0000000105ef37ce

  • 使用-o设置单次断点

    //如果刚刚那个断点我们只想让他中断一次
    (lldb) breakpoint set -n text: -o
    'breakpoint 3': where = TLLDB`-[ViewController text:] + 30 at ViewController.m:37, address = 0x000000010b6f97ce 

• breakpoint command add：就是给断点添加命令的命令。多次对同一个断点添加命令，后面命令会将前面命令覆盖

   //假设我们需要在ViewController的viewDidLoad中查看self.view的值 我们首先给-[ViewController viewDidLoad]添加一个断点
  (lldb) breakpoint set -n "-[ViewController viewDidLoad]"
  'breakpoint 3': where = TLLDB`-[ViewController viewDidLoad] + 20 at ViewController.m:23, address = 0x00000001055e6004
   
  /*
      可以看到添加成功之后，这个breakpoint的id为3，然后我们给他增加一个命令：po self.view
      -o完整写法是--one-liner，表示增加一条命令。3表示对id为3的breakpoint增加命令。 添加完命令之后，每次程序执行到这个断点就可以自动打印出self.view的值了
  */
  (lldb) breakpoint command add -o "po self.view" 3
   
  /*
      如果我们一下子想增加多条命令，比如我想在viewDidLoad中打印当前frame的所有变量，但是我们不想让他中断，也就是在打印完成之后，需要继续执行。我们可以这样玩
      输入breakpoint command add 3对断点3增加命令。他会让你输入增加哪些命令，输入’DONE’表示结束。这时候你就可以输入多条命令了
  */
  (lldb) breakpoint command add 3
  Enter your debugger command(s).  Type 'DONE' to end.
  > frame variable
  > continue
  > DONE

• breakpoint command list：查看某个断点已有的命令

  //我们查看一下刚刚的断点3已有的命令
  (lldb) breakpoint command list 3
  'breakpoint 3':
      Breakpoint commands:
        frame variable
        continue

• breakpoint command delete：有增加就有删除，breakpoint command delete可以让我们删除某个断点的命令
• breakpoint list：查看已经设置了哪些断点
• breakpoint disable/enable：有的时候我们可能暂时不想要某个断点，可以使用breakpoint disable让某个断点暂时失效，使用breakpoint enable再次让他生效。
• breakpoint delete：如果我们觉得这个断点以后再也用不上了，可以用breakpoint delete直接删除断点

  //删除断点4
  (lldb) breakpoint delete 4
  1 breakpoints deleted; 0 breakpoint locations disabled.
   
  //如果我们想删除所有断点，只需要不指定breakpoint delete参数即可
  (lldb) breakpoint delete
  About to delete all breakpoints, do you want to do that?: [Y/n] y
  All breakpoints removed. (1 breakpoint)
   
  //删除的时候他会提示你，是不是真的想删除所有断点，需要你再次输入Y确认。如果想直接删除，不需要他的提示，使用-f命令选项即可
  (lldb) breakpoint delete -f
  All breakpoints removed. (1 breakpoint)

　　实际平时我们真正使用breakpoint命令反而比较少，因为Xcode已经内置了断点工具。我们可以直接在代码上打断点，可以在断点工具栏里面查看编辑断点，这比使用LLDB命令方便很多。不过了解LLDB相关命令可以让我们对断点理解更深刻。 如果你想了解怎么使用Xcode设置断点，可以阅读这篇文章《Xcode中断点的威力》

2.2.10 watchpoint命令

　　breakpoint有一个孪生兄弟watchpoint。如果说breakpoint是对方法生效的断点，watchpoint就是对地址生效的断点。如果我们想要知道某个属性什么时候被篡改了，我们该怎么办呢？有人可能会说对setter方法打个断点不就行了么？但是如果更改的时候没调用setter方法呢？ 这时候最好的办法就是用watchpoint。我们可以用他观察这个属性的地址。如果地址里面的东西改变了，就让程序中断

• watchpoint set：用于添加一个watchpoint。只要这个地址中的内容变化了，程序就会中断。
• watchpoint set variable：一般情况下，要观察变量或者属性，使用watchpoint set variable命令即可。watchpoint set variable传入的是变量名。需要注意的是，这里不接受方法，所以不能使用watchpoint set variable self.string，因为self.string调用的是string的getter方法

  (lldb) watchpoint set variable self->_string
  Watchpoint created: Watchpoint 1: addr = 0x7fcf3959c418 size = 8 state = enabled type = w
      watchpoint spec = 'self->_string'
      new value: 0x0000000000000000

• watchpoint set expression：如果我们想直接观察某个地址，可以使用watchpoint set expression

  //我们先拿到_model的地址，然后对地址设置一个watchpoint
  (lldb) p &_model
  (Modek **) $3 = 0x00007fe0dbf23280
  (lldb) watchpoint set expression 0x00007fe0dbf23280
  Watchpoint created: Watchpoint 1: addr = 0x7fe0dbf23280 size = 8 state = enabled type = w
      new value: 0

• watchpoint command add：和breakpoint一样，给watchpoint添加命令

  //设置一个watchpoint
  (lldb) watchpoint set variable _string
  Watchpoint created: Watchpoint 1: addr = 0x7fe4e1444760 size = 8 state = enabled type = w
      watchpoint spec = '_string'
      new value: 0x0000000000000000
   
  //可以看到这个watchpoint的id是1。我们可以用watchpoint command add -o添加单条命令
  watchpoint command add -o 'bt' 1
  
  //我们也可以一次添加多条命令
  (lldb) watchpoint command add 1
  Enter your debugger command(s).  Type 'DONE' to end.
  > bt
  > continue
  > DONE

• watchpoint command list：列出某个watchpoint所有的command

• watchpoint command delete：删除某个watchpoint所有的command

• watchpoint list：查看当前所有watchpoint

• watchpoint disable/enable：使某个watchpoint失效/生效

• watchpoint delete：删除watchpoint，删除单个或多个，用法同breakpoint delete