Linux 调试代码工具：gdb

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一、debug vs release：两种程序形态的本质差异

1. 什么是 debug 与 release？

• Debug 版本（调试版）：
  编译器在构建时保留符号表、调试信息（变量名、函数名、行号等）
  禁用或减少代码优化（默认优化级别 -O0）
  包含额外调试辅助代码（如断言 assert、边界检查）
  目标：为开发者提供完整的调试上下文
• Release 版本（发布版）：
  剥离符号表与调试信息（可通过 strip 进一步精简）
  启用深度优化（默认优化级别 -O2，追求执行效率）
  移除调试辅助代码，压缩体积并提升运行性能
  目标：提供给用户的最终交付形态

2. 核心差异对比

特性	Debug 版本	Release 版本
编译选项	-g（生成调试信息）、-O0（无优化）	-O2（默认优化）、-s（剥离符号）
符号表	完整保留（函数名、变量名、行号）	仅保留必要符号（用于动态链接）
文件体积	较大（调试信息占比可达 50%+）	较小（优化后代码更紧凑）
执行效率	慢（无优化且含调试辅助代码）	快（指令重排、循环展开等优化）
调试支持	完全支持（GDB 精准定位到源码行）	仅支持有限调试（需手动加载符号表）
典型用途	开发阶段调试、单元测试	生产环境部署、用户交付

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二、为什么需要 debug：从项目生命周期看调试价值

1. 项目开发流程中的调试闭环（流程图示意）

关键反馈节点：
开发阶段：基于 Debug 版快速定位逻辑错误（如空指针、数组越界）
自测阶段：用 Release 版验证性能与资源占用（Debug 版的优化缺失可能掩盖真实问题）
测试阶段：通过核心转储（Core Dump）分析生产环境 Crash 时，需依赖 Debug 符号表

2. Debug 的核心意义与目的

• 精准定位问题根源

• 验证程序逻辑正确性：调试器支持单步执行（step）、条件断点（break if i>100），允许开发者逐行验证分支逻辑、循环

• 优化代码可读性与可维护性：debug 阶段暴露的问题（如复杂函数逻辑）促使开发者重构代码，间接提升代码质量；断言（assert()）在 Debug 版生效，强制检查前置条件（如指针非空），提前暴露潜在风险

• 衔接测试与生产环境

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三、gdb 的使用🔑

1. 编译阶段：gcc/g++ -g

（1）gcc/g++ 的 debug 编译选项

# 基础调试配置（必备）  
gcc -g -o debug_program source.c    # C语言编译  
g++ -g -o debug_program source.cpp  # C++语言编译  

🚨注意：默认情况下（不加 -g），gcc/g++ 生成 release 版

（2）验证调试信息是否正确生成

# 检查符号表（含函数名/变量名）  
nm debug_program | grep main            # 应显示main函数地址与符号名  # 对比Release版（无符号表时仅显示地址）  
nm release_program | grep main          # 可能显示 T 0x400550（无符号名）  

2. gdb 调试入门：从启动到核心命令使用

（1）启动调试会话：gdb [可执行程序]

gdb debug_program    # 调试可执行文件  

（2）核心调试命令速查表📝

命令	全称	功能描述	示例
l	list	显示源码（默认 10 行，可指定行号 / 函数名）	l 50 显示第 50 行附近代码；l main 显示 main 函数
b	break	设置断点（行号 / 函数名 / 条件表达式）	b 100 在第 100 行设断点；b myfunc if x>10 条件断点
r	run	运行程序（可带参数）	r input.txt 以 input.txt 为参数运行程序
n	next	逐过程，单步执行（跳过函数调用）	在调用函数时，n 会直接执行完整个函数调用
s	step	逐语句，单步执行（进入函数内部）	调试自定义函数时，s 会进入函数第一行
p	print	打印变量 / 表达式值	p *ptr 打印指针指向的值；p arr[5] 打印数组元素
display	-	自动显示变量（程序暂停时更新）	display i 每次暂停时显示变量 i 的值
undisplay	-	取消自动显示	undisplay 1 取消第 1 号自动显示项（info display查看编号）
bt	backtrace	查看调用栈（定位函数调用顺序）	段错误时执行bt，快速定位出错函数
q	quit	退出调试	q 退出 gdb 会话
set var	set variable	动态修改变量值（在调试过程中临时赋值，影响程序运行逻辑）	set var i=10 将变量 i 的值强制设为 10；set *ptr=0x1234 修改指针指向的内存值
finish	-	继续运行直到当前函数返回（跳出当前函数，查看返回值）	在 step 进入子函数后，执行 finish 直接运行到函数返回并停在调用行

gdb 内置命令历史机制，可自动记录最近执行的命令，在完成一条命令后直接按下回车键，即可快速重复执行上一条命令。

示例：

(gdb) next  # 第一次输入next命令，单步执行程序  
Breakpoint 1, main () at test.c:10  
10          int x = 5;  
(gdb)       # 直接回车，重复执行上一条命令（next）  
11          x += 3;  
(gdb)       # 再次回车，继续重复执行next  
12          printf("x = %d\n", x);  

（3）🔴断点 Break Point：b

b 是 break 命令的缩写，是 gdb 中 设置断点（Breakpoint） 的核心指令。

🚀基础断点：按行号或函数快速暂停

❶ 行号断点：最直接的位置标记
语法：b [行号] 或 break [行号]
作用：在当前文件的指定源码行号处设置断点，程序运行到该行时暂停。

(gdb) b 100          # 在当前文件第100行设置断点  
(gdb) break test.c:50 # 在test.c文件的第50行设置断点（跨文件指定）

❷ 函数断点：按逻辑单元定位
语法：b [函数名] 或 break [函数名]
作用：在函数入口处设置断点，包括自定义函数、库函数或系统调用。

(gdb) b main         # 在程序入口main函数处设置断点（程序启动后首次暂停）  
(gdb) break printf    # 在调用标准库函数printf时暂停（需保留符号表）  
(gdb) b mymodule.c:myfunc # 在mymodule.c文件的myfunc函数入口处暂停  

优势：无需关心具体行号，直接按函数边界控制执行流，适合模块化调试（如快速定位某个功能函数的逻辑起点）。

🧠条件断点：动态过滤无效暂停

语法：b [行号或函数名] if [条件表达式]
作用：仅当条件表达式为真时，断点才生效（避免每次执行到断点都暂停，提升调试效率）。

(gdb) b 200 if i==100 # 当循环变量i等于100时，在第200行暂停（跳过前99次循环）  
(gdb) break myfunc if *ptr==NULL # 当指针ptr为空时，在myfunc函数入口暂停（定位空指针异常）  

📑查看断点列表：info break

(gdb) info break  
Num     Type           Disp Enb Address            What  
1       breakpoint     keep y   0x00000000004005a3 in main at test.c:10  
2       watchpoint     keep y   0x00007fffffffde40 array[5]  

• Num：断点编号（删除 / 禁用时需指定此编号）。
• Type：断点类型（breakpoint/watchpoint/hbreakpoint）。
• Enb：是否启用（y 启用，n 禁用）。
• Disp：断点持续性（keep 持续生效，del 触发一次后删除）。

🗑️删除断点：delete [编号]

(gdb) delete 1       # 删除编号为1的行断点  
(gdb) delete         # 删除所有断点（需确认提示）  

• 临时断点：tbreak [位置/条件]

(gdb) tbreak 200     # 断点触发一次后自动删除（适合单次调试场景，如偶发问题复现）  
(gdb) tbreak myfunc  # 仅在第一次进入myfunc时暂停，后续调用不再触发  

• 禁用 / 启用断点：disable/enable [编号]

(gdb) disable 2      # 禁用编号为2的内存断点（暂时忽略，保留配置）  
(gdb) enable 1       # 重新启用编号为1的行断点（无需重新设置条件）  

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END