在 Linux 上调试 C++ 程序

在 Linux 上调试 C++ 程序是一个常见的开发任务，Linux 提供了多种强大的工具来帮助你进行调试。以下是常用的调试方法和工具.

1. 使用 GDB (GNU Debugger)

GDB 是最常用且功能强大的命令行调试器，适用于 C、C++ 和其他语言。它允许你逐步执行代码、设置断点、检查变量值、查看调用栈等。

安装 GDB

大多数 Linux 发行版默认已经安装了 GDB。如果没有，可以通过包管理器安装：

• Debian/Ubuntu:

  sudo apt-get install gdb
  

• Fedora/CentOS/RHEL:

  sudo dnf install gdb
  

• Arch Linux:

  sudo pacman -S gdb
  

编译带有调试信息的程序

为了使 GDB 能够提供详细的调试信息，你需要在编译时添加 -g 选项，以便生成调试符号。

g++ -g -o my_program my_program.cpp

启动 GDB

你可以通过以下方式启动 GDB：

• 直接运行程序：

  gdb ./my_program
  

• 附加到正在运行的进程（如果你需要调试一个已经在运行的程序）：

  gdb -p <pid>
  

常用 GDB 命令

• run [args]: 开始运行程序，传递参数（如果有）。

  (gdb) run arg1 arg2
  

• break <function> 或 break <file:line>: 设置断点。

  (gdb) break main
  (gdb) break my_function
  (gdb) break my_file.cpp:10
  

• continue 或 c: 继续执行程序，直到遇到下一个断点或异常。

  (gdb) continue
  

• step 或 s: 单步执行，进入函数内部。

  (gdb) step
  

• next 或 n: 单步执行，不进入函数内部。

  (gdb) next
  

• print <expression> 或 p <expression>: 打印变量或表达式的值。

  (gdb) print x
  (gdb) print my_object->get_value()
  

• backtrace 或 bt: 显示当前调用栈。

  (gdb) backtrace
  

• info locals: 显示当前作用域中的局部变量。

  (gdb) info locals
  

• info args: 显示当前函数的参数。

  (gdb) info args
  

• watch <expression>: 设置监视点，当表达式的值发生变化时暂停程序。

  (gdb) watch x
  

• delete <breakpoint-number>: 删除指定编号的断点。

  (gdb) delete 1
  

• quit 或 q: 退出 GDB。

  (gdb) quit
  

示例：调试一个简单的 C++ 程序

假设你有一个简单的 C++ 程序 main.cpp：

#include <iostream>void foo() {int a = 5;int b = 0;int c = a / b;  // 这里会触发除零错误
}int main() {foo();std::cout << "Program finished." << std::endl;return 0;
}

1. 编译程序：

   g++ -g -o my_program main.cpp
   

2. 启动 GDB：

   gdb ./my_program
   

3. 设置断点并运行程序：

   (gdb) break foo
   (gdb) run
   

4. 单步执行：

   (gdb) step
   

5. 查看变量值：

   (gdb) print a
   (gdb) print b
   

6. 继续执行，直到遇到除零错误：

   (gdb) continue
   

7. 查看调用栈：

   (gdb) backtrace
   

2. 使用 Visual Studio Code (VSCode) 调试

VSCode 提供了一个图形化的调试界面，结合 GDB 或 LLDB，可以更方便地调试 C++ 程序。以下是如何在 VSCode 中配置和使用调试器的步骤。

安装必要的扩展

1. 安装 C/C++ 扩展：

   • 打开 VSCode。
   • 点击左侧活动栏中的扩展图标（四个方块组成的图标）。
   • 搜索并安装 C/C++ 扩展（由 Microsoft 提供）。

2. 安装调试器：

   • 对于 GDB，确保系统上已经安装了 gdb。
   • 对于 LLDB，确保系统上已经安装了 lldb。

配置 launch.json

在项目的根目录下创建 .vscode 文件夹，并在其中创建 launch.json 文件。这个文件用于配置调试器的启动参数。

{"version": "0.2.0","configurations": [{"name": "(gdb) Launch","type": "cppdbg","request": "launch","program": "${workspaceFolder}/my_program",  // 你的可执行文件路径"args": [],  // 传递给程序的参数"stopAtEntry": false,  // 是否在程序入口处停止"cwd": "${workspaceFolder}",  // 工作目录"environment": [],"externalConsole": false,  // 是否在外部终端中运行"MIMode": "gdb",  // 使用的调试器 (gdb 或 lldb)"setupCommands": [{"description": "Enable pretty-printing for gdb","text": "-enable-pretty-printing","ignoreFailures": true}],"preLaunchTask": "build",  // 可选：在调试前运行的任务（如编译）"miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb",  // GDB 的路径"internalConsoleOptions": "neverOpen"}]
}

创建 tasks.json

如果你希望在调试前自动编译程序，可以在 .vscode 文件夹中创建 tasks.json 文件，定义编译任务。

{"version": "2.0.0","tasks": [{"label": "build","type": "shell","command": "g++","args": ["-g","-o","${workspaceFolder}/my_program","${workspaceFolder}/main.cpp"],"group": {"kind": "build","isDefault": true},"problemMatcher": ["$gcc"],"detail": "Generated task to build the program."}]
}

启动调试

1. 打开 VSCode。
2. 点击左侧活动栏中的“运行和调试”图标（通常是一个虫子图标）。
3. 选择你刚刚配置的调试配置（例如 (gdb) Launch）。
4. 点击绿色的“开始调试”按钮，或者按 F5。

3. 使用 LLDB

LLDB 是另一个强大的调试器，最初为 macOS 设计，但现在也广泛支持 Linux。它的命令语法与 GDB 类似，但有一些差异。

安装 LLDB

• Debian/Ubuntu:

  sudo apt-get install lldb
  

• Fedora/CentOS/RHEL:

  sudo dnf install lldb
  

• Arch Linux:

  sudo pacman -S lldb
  

启动 LLDB

lldb ./my_program

常用 LLDB 命令

• run [args]: 开始运行程序，传递参数（如果有）。

  (lldb) run arg1 arg2
  

• breakpoint set -n <function> 或 breakpoint set -f <file> -l <line>: 设置断点。

  (lldb) breakpoint set -n main
  (lldb) breakpoint set -f my_file.cpp -l 10
  

• continue 或 c: 继续执行程序，直到遇到下一个断点或异常。

  (lldb) continue
  

• step 或 s: 单步执行，进入函数内部。

  (lldb) step
  

• next 或 n: 单步执行，不进入函数内部。

  (lldb) next
  

• print <expression> 或 p <expression>: 打印变量或表达式的值。

  (lldb) print x
  (lldb) print my_object->get_value()
  

• thread backtrace 或 bt: 显示当前调用栈。

  (lldb) thread backtrace
  

• frame variable: 显示当前帧中的变量。

  (lldb) frame variable
  

• quit 或 q: 退出 LLDB。

  (lldb) quit
  

4. 使用 Valgrind 检查内存问题

Valgrind 是一个非常有用的工具，专门用于检测内存泄漏、非法内存访问等问题。虽然它不是调试器，但它可以帮助你发现潜在的内存问题。

安装 Valgrind

• Debian/Ubuntu:

  sudo apt-get install valgrind
  

• Fedora/CentOS/RHEL:

  sudo dnf install valgrind
  

• Arch Linux:

  sudo pacman -S valgrind
  

使用 Valgrind

valgrind --leak-check=full ./my_program

Valgrind 会运行你的程序，并在程序结束时输出详细的内存分析报告。你可以根据报告中的提示修复内存泄漏或其他问题。

5. 使用 AddressSanitizer (ASan) 检测内存错误

AddressSanitizer 是一个编译器内置的工具，专门用于检测内存错误，如越界访问、未初始化内存访问等。它比 Valgrind 更快，因为它是在编译时插入检查代码的。

编译时启用 ASan

g++ -fsanitize=address -g -o my_program my_program.cpp

运行程序

./my_program

如果程序中有内存错误，AddressSanitizer 会在运行时输出详细的错误信息。

6. 使用 GProf 分析性能

GProf 是一个简单的性能分析工具，可以帮助你了解程序的性能瓶颈。它通过记录函数调用的时间和频率来生成性能报告。

编译时启用 GProf

g++ -pg -o my_program my_program.cpp

运行程序

./my_program

程序运行后会生成一个名为 gmon.out 的文件，包含性能数据。

生成报告

gprof ./my_program gmon.out > profile.txt

你可以查看 profile.txt 文件，了解哪些函数消耗了最多的时间。

总结

在 Linux 上调试 C++ 程序有多种工具和方法可供选择，具体取决于你的需求：

• GDB 是最常用的调试器，适合大多数调试场景。
• VSCode 提供了图形化的调试界面，结合 GDB 或 LLDB，适合喜欢图形化工具的开发者。
• LLDB 是另一个强大的调试器，尤其适合 macOS 和现代 Linux 系统。
• Valgrind 和 AddressSanitizer 专注于内存问题的检测，帮助你发现潜在的内存泄漏和非法访问。
• GProf 用于性能分析，帮助你优化程序的性能。