(gdb) break *0x8048414 // example
Breakpoint 1 at 0x8048414
(gdb) break main // example
Breakpoint 2 at 0x8048409
(gdb)

Цель отладки программы - устранение ошибок в её коде. Для этого вам, скорее всего, придётся исследовать состояние переменных во время выполнения , равно как и сам процесс выполнения (например, отслеживать условные переходы). Тут отладчик - наш первый помощник. Конечно же, в Си достаточно много возможностей отладки без непосредственной остановки программы: от простогоprintf(3) до специальных систем ведения логов по сети и syslog . В ассемблере такие методы тоже применимы, но вам может понадобиться наблюдение за состоянием регистров, образ ( dump ) оперативной памяти и другие вещи, которые гораздо удобнее сделать в интерактивном отладчике. В общем, если вы пишете на ассемблере, то без отладчика вы вряд ли обойдётесь.

Начать отладку можно с определения точки останова ( breakpoint ), если вы уже приблизительно знаете, какой участок кода нужно исследовать. Этот способ используется чаще всего: ставим точку останова, запускам программу и проходим её выполнение по шагам, попутно наблюдая за необходимыми переменными и регистрами. Вы также можете просто запустить программу под отладчиком и поймать момент, когда она аварийно завершается из-за segmentation fault, - так можно узнать, какая инструкция пытается получить доступ к памяти, подробнее рассмотреть приводящую к ошибке переменную и так далее. Теперь можно исследовать этот код ещё раз, пройти его по шагам, поставив точку останова чуть раньше момента сбоя.

Начнём с простого. Возьмём программу Hello world и скомпилируем её с отладочной информацией при помощи ключа компилятора -g :

$ gcc -g hello.s -o hello $

Запускаем gdb:

$ gdb ./hello GNU gdb 6.4.90-debian Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc. GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. Type "show copying" to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details. This GDB was configured as "i486-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/tls/libthread_db.so.1". (gdb)

GDB запустился, загрузил исследуемую программу, вывел на экран приглашение (gdb) и ждёт команд. Мы хотим пройти программу "по шагам" ( single-step mode ). Для этого нужно указать команду, на которой программа должна остановиться. Можно указать подпрограмму - тогда остановка будет осуществлена перед началом исполнения инструкций этой подпрограммы. Ещё можно указать имя файла и номер строки.

(gdb) b main Breakpoint 1 at 0x8048324: file hello.s, line 17. (gdb)

b - сокращение от break . Все команды в GDB можно сокращать, если это не создаёт двусмысленных расшифровок. Запускаем программу командой run . Эта же команда используется для перезапуска ранее запущенной программы.

(gdb) r Starting program: /tmp/hello Breakpoint 1, main () at hello.s:17 17 movl $4, %eax /* поместить номер системного вызова write = 4 Current language: auto; currently asm (gdb)

GDB остановил программу и ждёт команд. Вы видите команду вашей программы, которая будет выполнена следующей, имя функции , которая сейчас исполняется, имя файла и номер строки. Для пошагового исполнения у нас есть две команды: step (сокращённо s ) и next (сокращённо n ). Команда step производит выполнение программы с заходом в тела подпрограмм. Команда next выполняет пошагово только инструкции текущей подпрограммы.

(gdb) n 20 movl $1, %ebx /* первый параметр - в регистр %ebx */ (gdb)

Итак, инструкция на строке 17 выполнена, и мы ожидаем, что в регистре %eax находится число 4. Для вывода на экран различных выражений используется команда print (сокращённо p ). В отличие от команд ассемблера, GDB в записи регистров использует знак $ вместо % . Посмотрим, что в регистре %eax :

(gdb) p $eax $1 = 4 (gdb)

Действительно 4! GDB нумерует все выведенные выражения. Сейчас мы видим первое выражение ($1 ), которое равно 4. Теперь к этому выражению можно обращаться по имени. Также можно производить простые вычисления:

(gdb) p $1 $2 = 4 (gdb) p $1 + 10 $3 = 14 (gdb) p 0x10 + 0x1f $4 = 47 (gdb)

Пока мы играли с командой print , мы уже забыли, какая инструкция исполняется следующей. Команда info line выводит информацию об указанной строке кода. Без аргументов выводит информацию о текущей строке.

(gdb) info line Line 20 of "hello.s" starts at address 0x8048329 and ends at 0x804832e . (gdb)

Команда list (сокращённо l ) выводит на экран исходный код вашей программы. В качестве аргументов ей можно передать:

• номер_строки - номер строки в текущем файле;
• файл:номер_строки - номер строки в указанном файле;
• имя_функции - имя функции, если нет неоднозначности;
• файл:имя_функции - имя функции в указанном файле;
• *адрес - адрес в памяти, по которому расположена необходимая инструкция.

Если передавать один аргумент , команда list выведет 10 строк исходного кода вокруг этого места. Передавая два аргумента, вы указываете строку начала и строку конца листинга.

(gdb) l main 12 за пределами этого файла */ 13 .type main, @function /* main - функция (а не данные) */ 14 15 16 main: 17 movl $4, %eax /* поместить номер системного вызова 18 write = 4 в регистр %eax */ 19 20 movl $1, %ebx /* первый параметр поместить в регистр 21 %ebx; номер файлового дескриптора 22 stdout = 1 */ (gdb) l *$eip 0x8048329 is at hello.s:20. 15 16 main: 17 movl $4, %eax /* поместить номер системного вызова 18 write = 4 в регистр %eax */ 19 20 movl $1, %ebx /* первый параметр поместить в регистр 21 %ebx; номер файлового дескриптора 22 stdout = 1 */ 23 movl $hello_str, %ecx /* второй параметр поместить в 24 регистр %ecx; указатель на строку */ (gdb) l 20, 25 20 movl $1, %ebx /* первый параметр поместить в регистр 21 %ebx; номер файлового дескриптора 22 stdout = 1 */ 23 movl $hello_str, %ecx /* второй параметр поместить в 24 регистр %ecx; указатель на строку */ 25 (gdb)

Запомните эту команду: list *$eip . С её помощью вы всегда можете просмотреть исходный код вокруг инструкции, выполняющейся в текущий момент. Выполняем нашу программу дальше:

(gdb) n 23 movl $hello_str, %ecx /* второй параметр поместить в регистр %ecx (gdb) n 26 movl $hello_str_length, %edx /* третий параметр поместить в регистр %edx (gdb)

Не правда ли, утомительно каждый раз нажимать n ? Если просто нажать Enter , GDB повторит последнюю команду:

(gdb) 29 int $0x80 /* вызвать прерывание 0x80 */ (gdb) Hello, world! 31 movl $1, %eax /* номер системного вызова exit = 1 */ (gdb)

Ещё одна удобная команда , о которой стоит знать - info registers . Конечно же, её можно сократить до i r . Ей можно передать параметр - список регистров, которые необходимо напечатать. Например, когда выполнение происходит в защищённом режиме, нам вряд ли будут интересны значения сегментных регистров.

(gdb) info registers eax 0xe 14 ecx 0x804955c 134518108 edx 0xe 14 ebx 0x1 1 esp 0xbfabb55c 0xbfabb55c ebp 0xbfabb5a8 0xbfabb5a8 esi 0x0 0 edi 0xb7f6bcc0 -1208566592 eip 0x804833a 0x804833a eflags 0x246 [ PF ZF IF ] cs 0x73 115 ss 0x7b 123 ds 0x7b 123 es 0x7b 123 fs 0x0 0 gs 0x33 51 (gdb) info registers eax ecx edx ebx esp ebp esi edi eip eflags eax 0xe 14 ecx 0x804955c 134518108 edx 0xe 14 ebx 0x1 1 esp 0xbfabb55c 0xbfabb55c ebp 0xbfabb5a8 0xbfabb5a8 esi 0x0 0 edi 0xb7f6bcc0 -1208566592 eip 0x804833a 0x804833a eflags 0x246 [ PF ZF IF ] (gdb)

Так, а кроме регистров у нас ведь есть ещё и

Ошибки, к сожалению, встречаются в любой программе, каким бы крутым профессионалом её разработчик ни был. Поэтому, нравится это вам или нет, пользоваться отладчиком вам всё равно придётся. Жизнь заставит. И чем больше времени вы сейчас потратите на изучение работы с ним, тем больше времени это вам сэкономит в дальнейшем.

Мы рассмотрим отладчик GDB, входящий в комплект программ GNU.

Для того, чтобы им пользоваться, нужно сначала скомпилировать программу так, чтобы её двоичный файл содержал отладочную информацию. Эта информация включает в себя, в частности, описание соответствий между адресами исполняемого кода и строками в исходном коде.

Такая компиляция достигается путём добавления флага -g к команде на компиляцию. Например, если бы мы собирали программу kalkul без применения Makefile, мы бы дали такую команду:

g++ main.cpp problem.cpp -o kalkul -g

Если же мы пользуемся командой make, то надо поставить опцию CFLAGS=-g. Тогда все команды на компиляцию, содержащиеся в Make-файле, автоматически получат флаг -g.

Давайте возьмём программу, которую мы создали из файлов main.cpp, problem.cpp и problem.h (мы тогда называли этот каталог проекта kalkulcpp). У нас Makefile уже сформирован. Воспользуемся им.

Очистим пакет от результатов предыдущей сборки.

Соберём программу снова, но уже с включением отладочной информации.

Запустим отладчик GDB, загрузив в него нашу программу для отладки. (Если помните, исполняемая программа у нас находилась в каталоге src.)

gdb ./src/kalkul

Чтобы запустить программу внутри отладчика,даётся команда run.

Чтобы посмотреть исходный код, даётся команда list.

Если дать эту команду без параметров, то она первые девять строк исходного кода главного файла (то есть такого, в котором имеется функция main). Чтобы просматривать файл дальше, надо снова набирать list. Чтобы посмотреть конкретные строки, надо указать два параметра: с какой строки начинать просмотр, и с какой строки заканчивать.

Чтобы просмотреть другие файлы проекта, надо перед номерами строк указать название нужного файла и отделить его от номеров строк двоеточием.

list problem.cpp:20,29

Поставим точку останова на строке номер 21. Точка останова - это метка, указывающая, что программа, дойдя до этого места, должна остановиться.

list problem.cpp:20,27

Посмотреть, где вы поставили точки останова, можно с помощью команды info breakpoints.

info breakpoints

(При желании можно вместо номера строки указать название функции,тогда программа остановится перед входом в функцию.)

Запустим программу.

Введём первое число 5 и знак математического действия « + ». Программа дойдёт до точки останова и остановится, выведя нам строку, у которой эта точка расположена.

Нам, конечно, интересно знать,в каком именно месте мы остановились, и что программа уже успела выполнить. Даём команду backtrace.

Отладчик выдаёт нам следующую информацию:

#0 CProblem::Calculate (this=0x804b008) at problem.cpp:21

#1 0x08048e00 in CProblem::Solve (this=0x804b008) at problem.cpp:93

#2 0x08048efc in main () at main.cpp:15

Это означается, что мы находимся внутри выполняющейся функции Calculate, являющейся функцией-членом класса CProblem. Она была вызвана из функции Solve того же класса, а та, в свою очередь, из функции main. Таким образом, команда backtrace показывает весь стек вызываемых функций от начала программы до текущего места.

Посмотрим, чему же равно на этом этапе значение переменной Numeral.

И нам сразу выводится число 5, которое мы и вводили в программу. (Значение, введённое нами с клавиатуры, присвоилось именно этой переменной.)

Если мы вместо print будем пользоваться командой display, то величина этой переменной будет показываться каждый раз, когда программа останавливается, без специального указания.

Добавим ещё одну точку останова на строке 25 файла problem.cpp.

break problem.cpp:25

Продолжим выполнение программы.

Команда Continue продолжает выполнение программы с текущего адреса. Если бы мы набрали run, программа начала бы выполняться с начала. Поскольку на строке 24 имеется команда cin >> SecondNumeral, то нам придётся ввести второе слагаемое. Введём, например,число 2. После этого программа опять остановится на строке 25 (наша вторая точка останова).

Посмотрим, чему равны значения наших переменных Numeral, SecondNumeral и Operation. Если вы помните, именно такие переменные мы объявляли в классе CProblem.

print SecondNumeral

У нас получится 5, « + », 2. Так и должно быть. Но давайте теперь «передумаем» и лучше присвоим переменной SecondNumeral значение 4. Отладчик GDB позволяет прямо во время выполнения программы изменить значение любой переменной.

set SecondNumeral=4

Если не верим, что её значение изменилось,можно проверить.

print SecondNumeral

Теперь мы ожидаетм, что результат будет 9. Давайте выполним программу до конца.

Результат действительно равен 9.

Давайте теперь уберём наши точки останова. Мы, кажется, создали две таких точки. Но это можно проверить.

info breakpoints

Удалим их.

Унас не должно остаться ни одной точки останова. Проверяем.

info breakpoints

Действительно не осталось ни одной.

Теперь давайте пошагово пройдём всю программу (благо, она у нас небольшая).

Поставим точку останова на десятой строке главного файла.

break main.cpp:10

Запустим программу

Дойдя до десятой строчки, она остановится. Теперь проходим её, останавливаясь на каждой строчке, с помощью команды step.

Чтобы не набирать каждый раз s-t-e-p, можно просто вводить букву s. Как только программа доходит до команды Problem->SetValues(), она сразу переходит в файл problem.cpp, где находится определение функции-члена CProblem::SetValues() и проходит код этой функции. То же самое, когда она дойдёт до вызова Problem->Solve().

Чтобы при вызове функции, программа не входила в неё, а продолжала дальше выполняться только на текущем уровне стека, вместо step даётся команда next или просто n.

Таким образом, можно просмотреть, как выполняется вся программа или любой участок программы. На любом шаге можно проверять значение любой переменной. Чтобы перестать проходить программу по шагам и запустить её до конца, надо дать команду continue.

Дадим короткий список наиболее часто встречающихся команд отладчика GDB. За более подробной информацией вы, конечно, всегда можете обратиться к встроенному описанию программы (info gdb) или руководством по пользованию (man gdb).

backtrace - выводит весь путь к текущей точке останова, то есть названия всех функций, начиная от main(); иными словами, выводит весь стек функций;

break - устанавливает точку останова; параметром может быть номер строки или название функции;

clear - удаляет все точки останова на текущем уровне стека (то есть в текущей функции);

continue - продолжает выполнение программы от текущей точки до конца;

delete - удаляет точку останова или контрольное выражение;

display - добавляет выражение в список выражений, значения которых отображаются каждый раз при остановке программы;

finish - выполняет программу до выхода из текущей функции; отображает возвращаемое значение,если такое имеется;

info breakpoints - выводит список всех имеющихся точек останова;

info watchpoints - выводит список всех имеющихся контрольных выражений;

list - выводит исходный код; в качестве параметра передаются название файла исходного кода, затем, через двоеточие, номер начальной и конечной строки;

next - пошаговое выполнение программы, но, в отличие от команды step, не выполняет пошагово вызываемые функции;

print - выводит значение какого-либо выражения (выражение передаётся в качестве параметра);

run - запускает программу на выполнение;

set - устанавливает новое значение переменной

step - пошаговое выполнение программы;

watch - устанавливает контрольное выражение, программа остановится, как только значение контрольного выражения изменится;