Linux 下的代码侦探：gdb 调试器从入门到实战

1. 引言：为什么需要调试器？

在编程的世界里，代码出现问题是家常便饭。仅仅依靠printf打印信息来定位问题，就像在黑暗的房间里只靠一根火柴找东西，效率低下且容易遗漏关键线索。一个强大的调试器则如同探照灯，能让我们清晰地洞察程序运行的每一个细节。

在 Linux 环境下，gdb (GNU Debugger)​ 就是这位强大的“代码侦探”。它是 GNU 项目的一部分，功能强大，是调试 C、C++ 等程序的首选工具。

2. 准备工作：编译可调试的程序

gdb 并非万能，它需要程序的“配合”。默认情况下，gcc/g++编译出的程序是release 模式​ 的，编译器会进行各种优化，并剥离调试信息，这使得 gdb 难以追踪。

为了使用 gdb，我们必须在编译时加上-g选项，告诉编译器保留调试符号（如变量名、函数名、行号等）。

示例：

# 错误的编译方式（无法有效调试） gcc my_program.c -o my_program # 正确的编译方式（生成包含调试信息的可执行文件） gcc -g my_program.c -o my_program

验证：

可以使用file命令查看可执行文件是否包含调试信息。

file my_program # 输出中看到 "with debug_info" 等字样则表示成功

3. gdb 基础使用：启动与退出

• 启动 gdb：

  gdb <可执行文件> # 例如：gdb my_program

• 退出 gdb：

  • 在 gdb 提示符下输入quit或q。

  • 或者使用快捷键Ctrl + D。

4. 核心调试命令一览

下表总结了 gdb 最常用和核心的命令，建议收藏。

5. 实战演练：调试一个求和程序

让我们通过一个实际的例子来串联这些命令。假设我们有如下程序mycmd.c：

#include <stdio.h> int Sum(int s, int e) { int result = 0; for(int i = s; i <= e; i++) { result += i; } return result; } int main() { int start = 1; int end = 100; printf("I will begin\n"); int n = Sum(start, end); printf("running done, result is: [%d-%d]=%d\n", start, end, n); return 0; }

调试步骤：

1. 编译并启动：

   gcc -g mycmd.c -o mycmd gdb mycmd

2. 设置断点并运行：​ 我们在main函数调用Sum的地方（假设是第20行）设置断点。

   (gdb) b 20 (gdb) r

   程序会运行并在第20行处暂停。

3. 进入函数：​ 使用s(step) 命令进入Sum函数内部。

   (gdb) s

4. 单步跟踪与查看变量：​ 使用n(next) 单步执行，并使用p(print) 查看变量i和result的变化。

   (gdb) n (gdb) p i (gdb) p result

5. 设置监视点（Watchpoint）：​ 如果我们想监视result变量的每一次改变，可以设置监视点。

   (gdb) watch result

   之后使用c(continue) 继续执行，每当result的值被修改，gdb 都会自动暂停并显示旧值和新值。这是一个非常强大的功能，尤其适用于查找意外修改变量的 Bug。

6. 修改变量进行测试：​ 假设我们发现结果不对，怀疑是某个标志位flag（如果程序中有）的问题，可以在运行时修改它来验证猜想。

   (gdb) set var flag=1

7. 完成调试：​ 使用finish让Sum函数执行完毕，然后继续运行直到程序结束。

   (gdb) finish (gdb) c

6. 进阶技巧：条件断点

当循环次数非常多时（例如 10000 次），我们可能只想在满足特定条件时才触发断点。这时就需要条件断点。

• 添加条件断点：

  # 在 Sum 函数的循环体内（第9行）设置断点，仅当 i == 30 时触发 (gdb) b 9 if i == 30

• 为已有断点追加条件：

  # 假设 2 号断点已经设在第9行，为其追加条件 (gdb) condition 2 i == 30

7. 可视化调试利器：cgdb

如果你觉得纯命令行模式的 gdb 查看代码不够直观，可以尝试cgdb。它相当于 gdb 的一个前端，将屏幕分为上下两部分：上方显示源代码，下方是 gdb 命令交互窗口，调试体验类似图形化 IDE。

• 安装（CentOS）：

  sudo yum install -y cgdb

• 使用：

  cgdb mycmd

  操作方式与 gdb 基本一致，但可以直观地看到代码和当前执行位置。

8. 总结

gdb 是 Linux 开发者必须掌握的强大工具。从基本的启动、设置断点、单步执行，到高级的监视点、条件断点、变量修改，它提供了一套完整的方案来帮助我们深入程序内部，精准定位和解决问题。

记住调试的核心流程：编译时加-g-> 启动 gdb -> 设断点 (b) -> 运行 (r) -> 单步/继续 (n/s/c) -> 查看状态 (p/display/bt) -> 分析修改 -> 解决问题。

多动手实践，你就能熟练运用这位“代码侦探”，让调试工作变得事半功倍。

🔍print(p) - 查看任意表达式的值

这是调试中使用最频繁的命令，用于实时计算和显示变量、表达式、内存地址的值。

基本用法：

# 查看变量 (gdb) p variable_name (gdb) p i $1 = 10 # 输出：$1 是结果编号，i的值是10 # 计算表达式 (gdb) p i + 5 $2 = 15 # 查看数组 (gdb) p array[0] $3 = 1 (gdb) p array[0]@5 # 查看前5个元素 $4 = {1, 2, 3, 4, 5} # 查看指针指向的值 (gdb) p *ptr $5 = 42 # 结构体/对象 (gdb) p student.name $6 = "张三" (gdb) p *this # C++中查看当前对象

高级技巧：

# 1. 格式化输出 (gdb) p/x i # 十六进制显示 $7 = 0xa (gdb) p/t i # 二进制显示 $8 = 1010 (gdb) p/c i # 字符形式显示 $9 = 10 '\n' (gdb) p/a i # 地址形式显示 $10 = 0xa # 2. 查看连续内存（类似mem查看） (gdb) p (char[20])buffer $11 = "Hello, World!\0\0\0\0\0" # 3. 使用结果编号（$1, $2...） (gdb) p $1 + 100 $12 = 110 # 4. 调用函数（谨慎使用！） (gdb) p strlen(str) $13 = 13

📊display- 自动监视变量变化

display是print的自动化版本，每次程序暂停（断点、单步等）时，会自动显示预设的变量。

基本用法：

# 添加监视 (gdb) display i 1: i = 10 # 再添加一个 (gdb) display sum 2: sum = 0 # 此时每次暂停都会显示： # 1: i = 11 # 2: sum = 11 # 查看所有监视的变量 (gdb) info display Auto-display expressions now in effect: Num Enb Expression 1: y i 2: y sum # 禁用/启用监视 (gdb) disable display 1 (gdb) enable display 1 # 删除监视 (gdb) undisplay 1 (gdb) undisplay 2

实用技巧：

# 监视表达式而不仅仅是变量 (gdb) display i*2 (gdb) display ptr->value (gdb) display array[index] # 与断点结合，实现条件监视 # 先在关键位置设断点 (gdb) b 25 (gdb) commands > display suspicious_var > continue > end # 这样每次执行到25行时，会自动显示suspicious_var然后继续

🏗️backtrace(bt) - 查看调用栈（最重要！）

这是定位程序崩溃、理解执行流程的杀手锏。当程序崩溃或停在断点时，bt显示当前函数的调用链。

基本用法：

# 查看完整调用栈 (gdb) bt #0 func3 () at test.c:20 #1 0x08048456 in func2 (param=5) at test.c:15 #2 0x08048412 in func1 () at test.c:10 #3 0x080483f4 in main () at test.c:5 # 查看最近N帧 (gdb) bt 2 #0 func3 () at test.c:20 #1 0x08048456 in func2 (param=5) at test.c:15 # 查看详细栈帧信息（包括局部变量） (gdb) bt full #0 func3 () at test.c:20 local_var = 10 ptr = 0x0 #1 0x08048456 in func2 (param=5) at test.c:15 x = 3.140000 buffer = "hello"

深入使用栈帧：

# 1. 在栈帧间切换 (gdb) frame 1 # 切换到#1帧（func2） (gdb) f 2 # 缩写，切换到#2帧 # 2. 查看当前帧信息 (gdb) info frame Stack level 0, frame at 0x7fffffffe4a0: rip = 0x4005b6 in func3 (test.c:20); saved rip = 0x4005a2 called by frame at 0x7fffffffe4c0 source language c. Arglist at 0x7fffffffe490, args: Locals at 0x7fffffffe490, Previous frame's sp is 0x7fffffffe4a0 Saved registers: rbp at 0x7fffffffe490, rip at 0x7fffffffe498 # 3. 查看指定帧的局部变量 (gdb) frame 1 (gdb) info locals param = 5 temp = 3.140000 # 4. 查看参数 (gdb) info args param = 5

实战场景分析：

场景1：段错误（Segmentation Fault）

# 程序崩溃后立即用gdb运行 gdb ./program (gdb) r Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault. 0x0000000000400576 in process_data (ptr=0x0) at segfault.c:12 12 return *ptr + 1; # 对空指针解引用！ (gdb) bt #0 0x0000000000400576 in process_data (ptr=0x0) at segfault.c:12 #1 0x00000000004005a2 in main () at segfault.c:25 # 可以看到：main调用了process_data，传入了空指针

场景2：无限递归诊断

(gdb) bt #0 recursive (n=996) at recur.c:6 #1 0x00000000004005a2 in recursive (n=997) at recur.c:8 #2 0x00000000004005a2 in recursive (n=998) at recur.c:8 #3 0x00000000004005a2 in recursive (n=999) at recur.c:8 ... # 看到重复的帧，说明是递归且没有终止条件

场景3：条件断点+调用栈分析

# 当某个条件满足时，查看调用栈 (gdb) b process_data if data == NULL (gdb) commands > bt > continue > end # 这样当data为NULL时，会自动显示调用栈并继续

🎯 三剑客组合使用示例

假设调试一个递归计算阶乘的程序：

int factorial(int n) { if (n <= 1) return 1; // 行号10 int result = n * factorial(n - 1); // 行号11 return result; // 行号12 } int main() { int x = factorial(5); // 行号20 return 0; }

# 编译并启动gdb gcc -g factorial.c -o fact gdb fact # 在递归函数设置断点 (gdb) b 10 (gdb) b 12 # 运行 (gdb) r # 每次触发断点时： (gdb) bt # 查看调用深度 (gdb) p n # 查看当前n值 (gdb) display result # 自动监视结果 # 查看特定栈帧的变量 (gdb) frame 2 (gdb) p n $1 = 3

📋 总结对比

💡 调试思维提示

1. p 是探索​ - 当不确定时，随时用p查看

2. display 是监控​ - 对关键数据设置自动监视

3. bt 是地图​ - 迷路时（程序崩溃/逻辑混乱）先用bt看清自己在哪

这三个命令组合使用，能让您在复杂的调试中快速定位问题。记住：调试不是猜谜，是用工具获取信息！