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:

  1. b(break的缩写)命令在main()函数入口设置断点

  2. 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。

  3. n(next的缩写)命令进行单步执行。

  4. 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

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