C++-linux 5.gdb调试工具

GDB调试工具

在C/C++开发中，程序运行时的错误往往比编译错误更难定位。GDB（GNU Debugger）是Linux环境下最强大的程序调试工具，能够帮助开发者追踪程序执行流程、查看变量状态、定位内存错误等。本章将从基础到进阶，全面讲解GDB的使用方法。

一、GDB简介与准备工作

1.1 什么是GDB？

GDB是GNU项目开发的命令行调试工具，支持多种编程语言（C、C++、Objective-C等），主要功能包括：

• 设置断点，暂停程序执行
• 单步执行程序，跟踪代码流程
• 查看和修改变量值
• 分析函数调用栈
• 定位内存泄漏和段错误
• 调试多线程和多进程程序

1.2 编译调试版本程序

GDB需要程序中包含调试信息才能正常工作，因此编译时需添加-g选项（在GCC章节已提及）。

示例代码（test.c）：

#include <stdio.h>int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {int x = 5;int y = 3;int result = add(x, y);printf("Result: %d\n", result);return 0;
}

编译命令：

gcc -g test.c -o test  # -g选项生成调试信息

• 若需更详细的调试信息，可使用-ggdb选项（专为GDB优化）：

  gcc -ggdb test.c -o test
  

二、GDB基础操作

2.1 启动与退出GDB

启动GDB

gdb ./test  # 直接启动并加载程序
gdb         # 先启动GDB，再通过file命令加载程序

GDB交互界面

启动后进入GDB命令行界面，提示符为(gdb)，常用退出命令：

quit    # 退出GDB（可简写为q）
exit    # 同quit

2.2 核心调试命令：运行与暂停

运行程序

在GDB中运行被调试程序：

run        # 启动程序（可简写为r）
run arg1 arg2  # 带命令行参数运行程序

暂停程序执行

程序运行中可通过以下方式暂停：

• 设置断点（推荐）：程序执行到断点处自动暂停
• 手动中断：程序运行时按Ctrl+C强制暂停

2.3 断点设置与管理

断点是调试的核心，用于在指定位置暂停程序执行，查看程序状态。

设置断点

break 行号        # 在当前文件指定行设置断点（简写b）
b test.c:10       # 在test.c的第10行设置断点
b add             # 在add函数入口设置断点
b test.c:add      # 在test.c的add函数设置断点

条件断点

仅当指定条件满足时才暂停（适合循环或分支场景）：

break test.c:8 if x > 10  # 当x>10时，在第8行暂停

查看断点列表

info breakpoints  # 查看所有断点（简写i b）

输出包含断点编号、位置、状态等信息，例如：

Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000555555555149 in main at test.c:6

管理断点

delete 1          # 删除编号为1的断点（简写d 1）
delete            # 删除所有断点
disable 1         # 禁用断点1（不删除，仅暂时失效）
enable 1          # 启用断点1
clear 行号        # 清除指定行的断点

三、程序执行控制

程序暂停后，需要通过单步执行等命令控制程序流程，逐步排查问题。

3.1 单步执行

next        # 执行下一行代码，不进入函数（简写n）
step        # 执行下一行代码，进入函数（简写s）
step 5      # 连续执行5步（step n）
next 3      # 连续执行3步（next n）

• next与step的核心区别：step会进入函数内部，next将函数视为一个整体执行。

3.2 继续执行与跳出函数

continue    # 从当前位置继续执行到下一个断点（简写c）
finish      # 执行完当前函数并返回（适合在函数内部调试后跳出）
return      # 强制从当前函数返回（可指定返回值：return 0）

3.3 查看与修改变量

查看变量值

print x             # 打印变量x的值（简写p）
p add(x, y)         # 执行函数并打印结果
p "x = %d, y = %d", x, y  # 格式化输出
display x           # 自动显示x的值（每次暂停都显示，简写disp）
info display        # 查看自动显示列表
undisplay 1         # 取消编号为1的自动显示

修改变量值

调试中可临时修改变量值，验证程序行为：

set x = 10          # 将变量x的值改为10
set variable y = 20 # 同set，更明确的写法

3.4 查看代码上下文

调试时需查看当前执行位置的代码：

list                # 显示当前位置附近代码（简写l）
l 10                # 显示第10行附近代码
l test.c:5          # 显示test.c第5行附近代码
l add               # 显示add函数代码

• 默认显示10行代码，按Enter键可继续显示后续内容。

3.5 函数调用栈跟踪

当程序执行到函数内部时，调用栈记录了函数调用关系（从main到当前函数的路径）。

backtrace           # 显示函数调用栈（简写bt）
bt full             # 显示调用栈及各层函数的局部变量
frame 2             # 切换到栈帧2（查看对应函数的上下文，简写f）
up                  # 向上移动一个栈帧（靠近main函数）
down                # 向下移动一个栈帧（靠近当前执行函数）

示例输出：

#0  add (a=5, b=3) at test.c:4
#1  0x0000555555555180 in main () at test.c:10

• #0表示当前执行的函数（add），#1表示调用它的函数（main）。

三、实战案例：调试错误程序

3.1 问题程序

创建一个包含逻辑错误的程序buggy.c：

#include <stdio.h>// 计算1+2+...+n的和
int sum(int n) {int result = 0;for (int i = 1; i <= n; i++) {result += i;  // 错误：实际应为result += i}return result;
}int main() {int n = 5;int total = sum(n);printf("Sum from 1 to %d is: %d\n", n, total);  // 预期输出15，实际输出错误return 0;
}

3.2 调试步骤

步骤1：编译调试版本

gcc -g buggy.c -o buggy

步骤2：启动GDB并设置断点

gdb ./buggy
(gdb) b sum    # 在sum函数入口设置断点
(gdb) r        # 运行程序

步骤3：单步执行并观察变量

程序在sum函数入口暂停后：

(gdb) n        # 执行下一行（进入for循环）
(gdb) p result # 查看result初始值（应为0）
(gdb) p i      # 查看i的值（应为1）
(gdb) n        # 执行result += i
(gdb) p result # 此时result应为1（正确）
(gdb) n        # 循环执行i++
(gdb) p i      # i变为2
(gdb) n        # 执行result += i
(gdb) p result # 应为3（1+2）
# 继续单步执行，发现每次循环result未正确累加，定位错误

步骤4：修改变量验证修复方案

(gdb) set result = 15  # 手动设置正确结果
(gdb) c                # 继续执行
# 程序输出正确结果，验证修复思路

四、高级调试技巧

4.1 内存错误调试

查看内存内容

x/10xw 0x7fffffffde40  # 查看从指定地址开始的10个32位整数（16进制）
# x格式：x/[数量][格式][单位] 地址
# 格式：x(16进制)、d(十进制)、u(无符号)、o(八进制)、c(字符)
# 单位：b(字节)、h(半字)、w(字)、g(双字)

检测内存泄漏

结合malloc钩子函数或使用专门工具（如valgrind），GDB中可跟踪内存分配：

watch *0x7fffffffde40  # 当指定内存地址的值变化时暂停

4.2 多线程调试

GDB支持多线程程序调试，核心命令：

info threads       # 查看所有线程
thread 2           # 切换到线程2
break test.c:10 thread 3  # 仅在线程3设置断点
set scheduler-locking on  # 调试当前线程时，其他线程暂停

4.3 核心转储调试（Core Dump）

当程序崩溃（如段错误）时，可生成核心转储文件（core dump），事后分析崩溃原因。

步骤1：开启核心转储

默认情况下Linux可能禁用核心转储，需先开启：

ulimit -c unlimited  # 允许生成核心转储文件（当前终端有效）

步骤2：触发崩溃并生成core文件

./buggy  # 程序崩溃后生成core或core.xxxx文件

步骤3：用GDB分析core文件

gdb ./buggy core  # 加载程序和core文件
(gdb) bt          # 查看崩溃时的调用栈，定位崩溃位置

4.4 远程调试

调试嵌入式设备或远程服务器上的程序时，使用GDB远程调试：

步骤1：在目标设备启动GDB服务器

gdbserver host:port ./program  # host为调试机IP，port为端口

步骤2：在本地GDB连接远程服务器

gdb ./program
(gdb) target remote host:port  # 连接远程GDB服务器
(gdb) b main                   # 设置断点
(gdb) c                        # 开始远程调试

五、GDB命令速查表

功能分类	命令	说明
启动退出	gdb program	启动GDB并加载程序
	quit/q	退出GDB
运行控制	run/r [args]	运行程序（带参数）
	continue/c	从断点继续执行
	next/n	单步执行（不进入函数）
	step/s	单步执行（进入函数）
	finish	执行完当前函数并返回
断点管理	break/b 位置	设置断点
	break 位置 if 条件	设置条件断点
	info breakpoints/i b	查看断点列表
	delete/d 编号	删除断点
	disable/enable 编号	禁用/启用断点
变量查看	print/p 变量	打印变量值
	display 变量	自动显示变量值
	undisplay 编号	取消自动显示
	set 变量=值	修改变量值
调用栈	backtrace/bt	显示函数调用栈
	frame/f 编号	切换栈帧
	up/down	上下移动栈帧
代码查看	list/l 位置	显示代码
	list/l 函数名	显示函数代码
其他	help/h 命令	查看命令帮助
	shell 命令	在GDB中执行shell命令（如ls）
	restart/rr	重新启动程序

六、GDB与IDE集成

虽然GDB是命令行工具，但主流IDE（如VS Code、CLion）都提供了图形化界面集成：

VS Code配置

1. 安装C/C++扩展
2. 创建.vscode/launch.json配置调试器：

{"version": "0.2.0","configurations": [{"name": "GDB Debug","type": "cppdbg","request": "launch","program": "${workspaceFolder}/test","args": [],"stopAtEntry": false,"cwd": "${workspaceFolder}","environment": [],"externalConsole": false,"MIMode": "gdb","setupCommands": [{"description": "Enable pretty-printing for gdb","text": "-enable-pretty-printing","ignoreFailures": true}],"preLaunchTask": "build","miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb","setupCommands": []}]
}

3. 通过图形化按钮设置断点、启动调试，底层仍使用GDB引擎。

七、总结

GDB是Linux C/C++开发不可或缺的调试工具，掌握其核心命令能大幅提升错误定位效率。从基础的断点设置、单步执行，到高级的内存查看、多线程调试，GDB提供了全面的调试功能。实际开发中，建议结合具体问题场景灵活运用调试命令，并养成编写可调试代码的习惯（如添加详细注释、模块化设计）。

下一章我们将学习Linux系统编程中的进程管理，掌握进程创建、通信和同步的核心技术。