C语言：当GDB遇到复杂数据结构，两分钟带你掌握四个高效调试技巧
原创江南一散人
2020-05-16 22:32:23
本系列专题文章，旨在介绍一些非常实用，却不为大多数人所知的调试技巧。灵活运用这些调试技巧，能够轻松解决一些我们经常遇到并为之困惑的问题，大大提高问题定位和调试的效率。
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引言
数据结构和算法是程序设计的灵魂，具有复杂逻辑的软件项目中，必定存在精心设计的复杂数据结构和精妙的算法。
然而，越是复杂的数据结构和算法，往往会给程序调试和代码理解带来不少的挑战。
作为程序员，我们经常要使用调试手段来进行Bug定位，或者理解代码的实现细节和业务逻辑。
使用GDB调试时，经常会遇到一些非常复杂的数据结构。当我们需要查看它的内容时，GDB虽然可以正确输出它各个字段的值，但它的显示结果却不那么友好，甚至十分混乱。
我们看一个例子。
实例：GDB打印复杂数据结构
测试程序如下图所示：
较复杂的数据结构
编译一下：
gcc -g struct.c -o struct然后用GDB进行调试
gdb ./struct
为了照顾对GDB不熟悉的童鞋，让他们了解GDB的基本调试命令，我简单介绍下操作步骤：
b（break的缩写）命令在main()函数入口设置断点
r（run的缩写）命令开始执行程序，程序执行到main函数时，触发断点。
n（next的缩写）命令进行单步执行。
等程序完成变量var的初始化之后，使用p（print的缩写）命令打印变量var的内容。
具体操作如下图所示：
GDB default print
GDB确实把变量var的每个字段都正确打印了出来，但看着这个格式，是不是觉得比较混乱呢？
其实，在这个案例中，var的类型还是相对比较简单的结构体，只有几个字段而已。在真实项目中，数据结构往往会更加复杂，可能包含几十甚至几百个字段。而且，会有多个不同类型的结构体层层嵌套。可想而知，如果直接以这样的格式打印出来，会是多么的混乱，想找到真正所需要的信息，也是一件比较头疼的事情。
那么，如何解决呢？很简单，一个简单的命令就可以搞定！
GDB pretty-print
对于这个问题，其实，GDB已经很贴心地为我们想好了解决方案。它内置了pretty-print的功能，能够以更加直观的方式打印数据结构。
不过，GDB的这个功能是默认关闭的，我们现在把它打开，看一下效果。
用下面这条GDB命令：
set print pretty on效果如下图所示：
GDB pretty-print
现在，看上去是不是清爽多了呢？每个字段都一目了然。
但是，还不够完美。
如图中所示，var中有两个数组类型的字段，GDB按照顺序把每个元素逐个打印了出来。但是，却很难把某个具体的值和数组索引对应起来。试想一下，如果数组有上百个元素，要找到其中某个特定索引的元素的值，岂不是要从头开始一个一个地数过去？
不用担心，GDB也提前帮我们准备了解决方案。
GDB 打印数组索引
GDB的print命令支持打印数组索引的功能，不过，这个功能也是默认关闭的。
用下面的命令可以打开：
set print array-indexes on
效果如下：
GDB print array-index
现在一切都清晰多了吧！
到此为止，关于数据结构的打印，已经足够清晰了。
接下来，再补充一个与打印无关的小技巧。
还你一个清爽的启动界面
作为程序员，很多童鞋都是“完美主义者”，有着各种代码洁癖，对工具的使用上，也极力追求简单实用。
你没有注意过，GDB每次启动时，都要打印一大段信息呢？如下图所示：
GDB 启动界面
主要是版本和版权信息，以及一些常规性的帮助提示。绝大多数情况下，对调试没有实际作用，反而还很影响视觉。你每次看到这些信息的时候，有没有觉得很不爽呢？
其实，GDB启动的时候，加上“-q”命令即可去掉这些无用信息。
GDB quiet mode
现在是不是更加清爽了？
GDB启动脚本.gdbinit
我们前面介绍了在使用GDB调试时，通过执行命令打开GDB的pretty-print和打印数组索引的功能。虽然这些命令比较简单易用，但如果每次调试都要执行一遍，还是稍显麻烦的。
我们可以利用GDB的启动脚本.gdbinit来解决这个问题。GDB每次启动时，在开始真正地调试程序之前，都会先执行.gdbinit里面的配置信息。
注：灵活运用.gdbinit脚本，可以实现很多高级调试功能，如自动化调试等，可以大大提高调试效率。
现在，在home目录中创建一个.gdbinit文件：
vi ~/.gdbinit然后，把我们前面介绍的命令输入进去：
.gdbinit
保存即可。
然后，为了每次启动GDB的时候去掉那些版本信息，我们可以给GDB设置一个命令别名：
vi ~/.bashrc
在文件的最后面，添加如下信息：
alias gdb='gdb -q'然后保存退出，再执行：
source ~/.bashrc
现在就全部完成了。
我们看下最终的效果吧：
最终效果
结语
作为程序员，程序调试是一项必须要熟练掌握的技能，不仅Bug定位和解决问题时会用到，在理解一些程序逻辑和实现细节时，灵活运用一些调试技巧，也能够达到事半功倍的效果。
应一些童鞋的要求，我近期会持续更新一系列专题文章，深入讲解程序调试的方法和技巧，以及Linux下一些调试工具的高阶特性和实现原理。主要内容包括：
调试器的工作原理
调试器常见功能的实现方法，如断点、单步执行、调用栈、源码级调试等
Linux下常用工具的高级技巧，如GCC、GDB、binutil工具集、sysstat工具集等
在无合适工具可用的特殊环境下，如何自己制作调试工具