在 Linux 上调试 C++ 程序
在 Linux 上调试 C++ 程序是一个常见的开发任务，Linux 提供了多种强大的工具来帮助你进行调试。以下是常用的调试方法和工具.
1. 使用 GDB (GNU Debugger)
GDB 是最常用且功能强大的命令行调试器，适用于 C、C++ 和其他语言。它允许你逐步执行代码、设置断点、检查变量值、查看调用栈等。
安装 GDB
大多数 Linux 发行版默认已经安装了 GDB。如果没有，可以通过包管理器安装：
-
Debian/Ubuntu:
sudo apt-get install gdb -
Fedora/CentOS/RHEL:
sudo dnf install gdb -
Arch Linux:
sudo pacman -S gdb
编译带有调试信息的程序
为了使 GDB 能够提供详细的调试信息，你需要在编译时添加 -g 选项，以便生成调试符号。
g++ -g -o my_program my_program.cpp
启动 GDB
你可以通过以下方式启动 GDB：
-
直接运行程序：
gdb ./my_program -
附加到正在运行的进程（如果你需要调试一个已经在运行的程序）：
gdb -p <pid>
常用 GDB 命令
-
run [args]: 开始运行程序，传递参数（如果有）。(gdb) run arg1 arg2 -
break <function>或break <file:line>: 设置断点。(gdb) break main (gdb) break my_function (gdb) break my_file.cpp:10 -
continue或c: 继续执行程序，直到遇到下一个断点或异常。(gdb) continue -
step或s: 单步执行，进入函数内部。(gdb) step -
next或n: 单步执行，不进入函数内部。(gdb) next -
print <expression>或p <expression>: 打印变量或表达式的值。(gdb) print x (gdb) print my_object->get_value() -
backtrace或bt: 显示当前调用栈。(gdb) backtrace -
info locals: 显示当前作用域中的局部变量。(gdb) info locals -
info args: 显示当前函数的参数。(gdb) info args -
watch <expression>: 设置监视点，当表达式的值发生变化时暂停程序。(gdb) watch x -
delete <breakpoint-number>: 删除指定编号的断点。(gdb) delete 1 -
quit或q: 退出 GDB。(gdb) quit
示例：调试一个简单的 C++ 程序
假设你有一个简单的 C++ 程序 main.cpp：
#include <iostream>void foo() {int a = 5;int b = 0;int c = a / b; // 这里会触发除零错误
}int main() {foo();std::cout << "Program finished." << std::endl;return 0;
}
-
编译程序：
g++ -g -o my_program main.cpp -
启动 GDB：
gdb ./my_program -
设置断点并运行程序：
(gdb) break foo (gdb) run -
单步执行：
(gdb) step -
查看变量值：
(gdb) print a (gdb) print b -
继续执行，直到遇到除零错误：
(gdb) continue -
查看调用栈：
(gdb) backtrace
2. 使用 Visual Studio Code (VSCode) 调试
VSCode 提供了一个图形化的调试界面，结合 GDB 或 LLDB，可以更方便地调试 C++ 程序。以下是如何在 VSCode 中配置和使用调试器的步骤。
安装必要的扩展
-
安装 C/C++ 扩展：
- 打开 VSCode。
- 点击左侧活动栏中的扩展图标（四个方块组成的图标）。
- 搜索并安装
C/C++扩展（由 Microsoft 提供）。
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安装调试器：
- 对于 GDB，确保系统上已经安装了
gdb。 - 对于 LLDB，确保系统上已经安装了
lldb。
- 对于 GDB，确保系统上已经安装了
配置 launch.json
在项目的根目录下创建 .vscode 文件夹，并在其中创建 launch.json 文件。这个文件用于配置调试器的启动参数。
{"version": "0.2.0","configurations": [{"name": "(gdb) Launch","type": "cppdbg","request": "launch","program": "${workspaceFolder}/my_program", // 你的可执行文件路径"args": [], // 传递给程序的参数"stopAtEntry": false, // 是否在程序入口处停止"cwd": "${workspaceFolder}", // 工作目录"environment": [],"externalConsole": false, // 是否在外部终端中运行"MIMode": "gdb", // 使用的调试器 (gdb 或 lldb)"setupCommands": [{"description": "Enable pretty-printing for gdb","text": "-enable-pretty-printing","ignoreFailures": true}],"preLaunchTask": "build", // 可选：在调试前运行的任务（如编译）"miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb", // GDB 的路径"internalConsoleOptions": "neverOpen"}]
}
创建 tasks.json
如果你希望在调试前自动编译程序，可以在 .vscode 文件夹中创建 tasks.json 文件，定义编译任务。
{"version": "2.0.0","tasks": [{"label": "build","type": "shell","command": "g++","args": ["-g","-o","${workspaceFolder}/my_program","${workspaceFolder}/main.cpp"],"group": {"kind": "build","isDefault": true},"problemMatcher": ["$gcc"],"detail": "Generated task to build the program."}]
}
启动调试
- 打开 VSCode。
- 点击左侧活动栏中的“运行和调试”图标（通常是一个虫子图标）。
- 选择你刚刚配置的调试配置（例如
(gdb) Launch）。 - 点击绿色的“开始调试”按钮，或者按
F5。
3. 使用 LLDB
LLDB 是另一个强大的调试器，最初为 macOS 设计，但现在也广泛支持 Linux。它的命令语法与 GDB 类似，但有一些差异。
安装 LLDB
-
Debian/Ubuntu:
sudo apt-get install lldb -
Fedora/CentOS/RHEL:
sudo dnf install lldb -
Arch Linux:
sudo pacman -S lldb
启动 LLDB
lldb ./my_program
常用 LLDB 命令
-
run [args]: 开始运行程序，传递参数（如果有）。(lldb) run arg1 arg2 -
breakpoint set -n <function>或breakpoint set -f <file> -l <line>: 设置断点。(lldb) breakpoint set -n main (lldb) breakpoint set -f my_file.cpp -l 10 -
continue或c: 继续执行程序，直到遇到下一个断点或异常。(lldb) continue -
step或s: 单步执行，进入函数内部。(lldb) step -
next或n: 单步执行，不进入函数内部。(lldb) next -
print <expression>或p <expression>: 打印变量或表达式的值。(lldb) print x (lldb) print my_object->get_value() -
thread backtrace或bt: 显示当前调用栈。(lldb) thread backtrace -
frame variable: 显示当前帧中的变量。(lldb) frame variable -
quit或q: 退出 LLDB。(lldb) quit
4. 使用 Valgrind 检查内存问题
Valgrind 是一个非常有用的工具，专门用于检测内存泄漏、非法内存访问等问题。虽然它不是调试器，但它可以帮助你发现潜在的内存问题。
安装 Valgrind
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Debian/Ubuntu:
sudo apt-get install valgrind -
Fedora/CentOS/RHEL:
sudo dnf install valgrind -
Arch Linux:
sudo pacman -S valgrind
使用 Valgrind
valgrind --leak-check=full ./my_program
Valgrind 会运行你的程序，并在程序结束时输出详细的内存分析报告。你可以根据报告中的提示修复内存泄漏或其他问题。
5. 使用 AddressSanitizer (ASan) 检测内存错误
AddressSanitizer 是一个编译器内置的工具，专门用于检测内存错误，如越界访问、未初始化内存访问等。它比 Valgrind 更快，因为它是在编译时插入检查代码的。
编译时启用 ASan
g++ -fsanitize=address -g -o my_program my_program.cpp
运行程序
./my_program
如果程序中有内存错误，AddressSanitizer 会在运行时输出详细的错误信息。
6. 使用 GProf 分析性能
GProf 是一个简单的性能分析工具，可以帮助你了解程序的性能瓶颈。它通过记录函数调用的时间和频率来生成性能报告。
编译时启用 GProf
g++ -pg -o my_program my_program.cpp
运行程序
./my_program
程序运行后会生成一个名为 gmon.out 的文件，包含性能数据。
生成报告
gprof ./my_program gmon.out > profile.txt
你可以查看 profile.txt 文件，了解哪些函数消耗了最多的时间。
总结
在 Linux 上调试 C++ 程序有多种工具和方法可供选择，具体取决于你的需求：
- GDB 是最常用的调试器，适合大多数调试场景。
- VSCode 提供了图形化的调试界面，结合 GDB 或 LLDB，适合喜欢图形化工具的开发者。
- LLDB 是另一个强大的调试器，尤其适合 macOS 和现代 Linux 系统。
- Valgrind 和 AddressSanitizer 专注于内存问题的检测，帮助你发现潜在的内存泄漏和非法访问。
- GProf 用于性能分析，帮助你优化程序的性能。