C: отладка с gdb — примеры

gdb (GNU Project Debugger) используется при отладке/дебаге кода.

Ниже приводятся примеры работы с кодом на С.

Используем такой код:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

char * buf;
int sum_to_n(int num) {

    int i,sum=0;
    for(i=1;i<=num;i++)
        sum+=i;

    return sum;
}

void printSum() {

    char line[10];
    
    printf("Enter a number: ");
    fgets(line, 10, stdin);
    
    if(line != NULL) 
        strtok(line, "\n"); 
    
    sprintf(buf,"sum=%d", sum_to_n(atoi(line)));
    
    printf("%s\n",buf);
}

int main(void) {

    printSum();
    return 0;
}

Собираем его с опцией -g, что бы включить отладочную информацию:

Запускаем, и получаем ошибку:

В результате получаем Segmentation fault, которая сигнализирует об ошибочном обращении к памяти.

Теперь используем gdb, что бы найти причину проблемы.

Запуск gdb

Запускаем gdb, и первым аргументом передаём исполняемый файл для запуска:

run

Теперь можно начать выполнение программы, используя команду run (или r):

backtrace

backtrace указывает gdb на необходимость вывести список всех вызываемых функций из стека программы:

Тут видно, что debug.c в строке 33 вызывает printSum(),  printSum () в строке 22 вызывает sprintf(), которая далее начинает выполнение более низкоуровневых функций, и в результате падает.

Всё, что выполняется после sprintf() нам неподконтрольно, и проблема возникает в данных, которые мы передаём в sprintf(), так что давайте изучим их внимательнее:

...
26     sprintf(buf,"sum=%d", sum_to_n(atoi(line)));
...

Далее — используем breakpoint-ы, что бы изучить значения переменных.

Break Point

Для того, что бы приостановить выполнение программы на каком-то этапе — мы можем задать один или цепочку брейкпоинтов, используя break (b).

Например, что бы сделать паузу перед вызовом sprintf() на строке 26 — указываем break 26, и запускаем программу заново — run (r):

print

С помощью print (p) можно получить текущие значения переменных.

Тут в буфер sprintf() мы передаём переменую line — проверим её значение:

Видим нашу единицу, за ней null terminator — ‘\0‘, далее — мусор. С этим всё хорошо.

Проверим содержимое buf:

Теперь проблема становится очевидной: мы пытаемся скопировать данные в буфер, на который указывает buf, но под него не выделена память, что и приводит к Segmentation fault.

К счастью — тут buf является глобальной переменной и была проинициализирована со значением 0 (null pointer). Если бы это было не так, и она находилась бы внутри функции — мы получили бы какое-то произвольное значение вида:

Попробуем исправить наш код — добавим вызов malloc() для выделения памяти под buf:

...
void printSum() {

    char line[10];

    printf("Enter a number: ");
    fgets(line, 10, stdin);

    if(line != NULL) 
        strtok(line, "\n"); 

    char * buf = malloc(1024);
    sprintf(buf,"sum=%d", sum_to_n(atoi(line)));

    printf("%s\n",buf);
}
...

list

После обновления исходного кода — номера строк изменились.

Что бы увидеть исходный код из самого gdb — используем list (l):

condition — break point с условиями

gdb позволяет задать условные точки паузы, т.е. пауза будет выполнена если условие верно.

Например — сделать паузу, если значение переменной line будет равно «1» можно так:

1. задаём точку паузы — (gdb) b 25
2. задаём условие использовать breakpoint под номером 1, используя функцию $_streq — (gdb) condition 1 $_streq(line, "1")

Проверяем:

Enter a number: 1 — тут в line мы передаём единицу в виде string, условие срабатывает — получаем остановку выполнения.

При другом значении — программа выполнится полностью:

См. 10.12 Convenience Functions и 5.1.6 Break Conditions.

Аналогично используется $_regex.

Зададим условие, но иначе — прямо при указании брейкпоинта, без использования condition, и используем if для самого break:

Запускаем, и указываем 1:

Если в sum= будет другое значение — условие не сработает:

Возвращаясь к проблеме с buf — проверим её значение сейчас, после того, как мы добавили malloc():

next, step, until — шаги выполнения

• next (n): выполняет текущую инструкцию, и переходит к началу следующей
• step (s): аналогична next, но с отличиями: когда вы находитесь в начале функции, и используете next — функция будет выполнена полностью, и вернёт значение. Если использовать step — выполнение перейдёт к первой строке внутри функции
• until (u): аналогична next, но в случае, если вы находитесь в начале цикла — выполнение будет продолжаться до конца выполнения этого цикла

Пример.

Запускаем программу, задаём точку на строке 8 — перед началом цикла:

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <string.h>
  3 #include <stdlib.h>
  4 
  5 int sum_to_n(int num) {
  6 
  7     int i,sum=0;
  8     for(i=1;i<=num;i++)
  9         sum+=i;
 10 
 11     return sum;
 12 }
...

Начинаем выполнение:

Остановились в начале цикла.

Пробуем next:

Ещё раз next — снова возращаемся к началу цикла:

Но если вызовем until — весь цикл будет пройден полностью:

Другие команды

• list (l): уже упоминалась выше, отобразит исходный код
• delete (d): удаляет брейкпоиинты. Если вызвать без агрументов — удалит все точки, если указать номер (d 1) — то удалит заданную по номеру
• clear function_name: удалить все брейкпоинты в указанной функции
• x: отобразить содержимое адреса

Пример использования x.

Получаем адрес переменной sum (используя &):

Получаем значение памяти по адресу 0x7fffffffe528:

Вот и наша единичка — 0x00000001:

Ссылки по теме

• GDB Tutorial
• How to Debug Using GDB
• 3.9 Options for Debugging Your Program
• 5.2 Continuing and Stepping
• Linux: C – адресное пространство процесса