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）

自测通过

自测不通过

测试通过

测试发现问题

立项

开发

debug

release发布

开发自测release版

提交测试,测试团队验证release

上线

灰度内测

全量运营

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）。

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）  

️删除断点：delete [编号]

ps.命令缩写：d [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）  
(gdb) d <断点编号>        # 例：d 3 （等价于 delete 3）  
(gdb) delete            # 不加编号时，删除所有断点（谨慎使用！）  

断点编号的「线性增长」特性
GDB 内部维护一个 全局唯一的断点编号计数器，具备以下特性：

• 编号永不重复：
  每个断点（包括行断点、函数断点、观察点等）被创建时，编号按创建顺序依次递增，与是否删除无关。
  例：依次创建 3 个断点，编号为 1、2、3；
  删除编号 2 后，新创建的断点编号为 4（而非复用 2）。
• 删除不影响后续编号：
  即使中间编号的断点被删除，新断点的编号仍从 当前最大编号 +1 继续生成。
  例：

(gdb) break main.c:10   # 断点1  
(gdb) break main.c:20   # 断点2  
(gdb) delete 2          # 删除断点2  
(gdb) break main.c:30   # 新断点编号为3（而非2）  
(gdb) info breakpoints  
# 输出：Num 1, 3（断点2已删除）  

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END