GDB動(dòng)態(tài)打印，不需重新編譯

嵌入式大雜燴

本系列專題，旨在介紹一些非常實(shí)用，卻不為大多數(shù)人所知的調(diào)試技巧。靈活運(yùn)用這些調(diào)試技巧，能夠輕松解決一些我們經(jīng)常遇到并為之困惑的問題，大大提高程序調(diào)試的效率。
感興趣的朋友，歡迎關(guān)注！
引言 - 程序調(diào)試的痛關(guān)于程序調(diào)試，有人喜歡各種調(diào)試工具，有人喜歡用簡(jiǎn)單直接的log打印。兩種方法各有各的優(yōu)勢(shì)和不足，大多時(shí)候是可以互補(bǔ)的。
在Linux環(huán)境下，GDB是各種調(diào)試工具中的佼佼者，而printf則是各種日志打印方法中的典型代表。

調(diào)試問題時(shí)候，你遇到過下面的情況嗎？

代碼添加打印信息進(jìn)行調(diào)試，突然發(fā)現(xiàn)添加打印的位置不對(duì)，或者別的地方也需要添加打印信息。

于是，重新修改源碼，重新添加打印，重新編譯，重新部署，重新運(yùn)行，重新調(diào)試，重新分析。

當(dāng)我們費(fèi)了九牛二虎之力把這些都弄好之后，很不幸地又發(fā)現(xiàn)了新的問題，然后不得不反復(fù)進(jìn)行這些過程。

而且，當(dāng)問題定位出來(lái)之后，我們之前花費(fèi)很大力氣添加的調(diào)試信息，還必須從程序中刪除掉。


對(duì)于簡(jiǎn)單的程序，這些尚可接受。但是，在大型項(xiàng)目中，單是編譯構(gòu)建過程可能就要幾十分鐘，甚至數(shù)個(gè)小時(shí)，而部署過程則更為復(fù)雜。
你能想象得出，在這樣的項(xiàng)目中一直重復(fù)這些過程，是一件多么痛苦的事情嗎？
那么，有沒有一種方法，既不需要修改源碼，又能隨時(shí)在程序中任何地方任意添加打印信息呢？
當(dāng)然有！GDB的動(dòng)態(tài)打印功能正式為此而生的！

GDB Dynamic PrintfGDB提供了Dynamic Printf功能，下文我們稱之為動(dòng)態(tài)打印。利用這個(gè)功能，我們可以在不修改程序源碼的情況下，隨時(shí)在程序的任何地方添加格式化打印。
如此一來(lái)，當(dāng)然也就不需要重新編譯和部署的過程了。
我們先看一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，然后再詳細(xì)介紹它的實(shí)現(xiàn)原理，和相關(guān)命令的用法。
示例一個(gè)簡(jiǎn)單示例，如下圖所示：

先編譯一下：
gcc -g test.c -o test然后用GDB進(jìn)行調(diào)試：

和期望的一樣，程序沒有任何打印輸出。
現(xiàn)在，我們?cè)诘?行、第11行、第14行分別添加一個(gè)動(dòng)態(tài)打印斷點(diǎn)，用下面的命令：
dprintf 6,"Hello, World!
"
dprintf 11,"i = %d, a = %d, b = %d
",i,a,b
dprintf 14,"Leaving! Bye bye!
"如下圖：

稍微解釋一下：
第6行的語(yǔ)句會(huì)打印一句“Hello, World!”
第11行會(huì)把i、a、b的值分別打印出來(lái)
第14行打印“Leaving! Bye bye!”
設(shè)置好之后，查看一下斷點(diǎn)的信息：

已經(jīng)設(shè)置成功了。然后，重新運(yùn)行：

看到了吧，盡管我們并沒有對(duì)源碼做任何修改，且沒有重新編譯，但程序仍然按照我們的設(shè)置，打印出了我們想要的信息！
是不是很神奇呢？GDB的動(dòng)態(tài)打印功能究竟是如何工作的呢？
GDB 動(dòng)態(tài)打印實(shí)現(xiàn)原理在上面的示例中，在設(shè)置好動(dòng)態(tài)打印的信息之后，我們可以用info break命令查看所設(shè)置的信息。
可見，GDB的動(dòng)態(tài)打印，本質(zhì)上也是一種特殊的斷點(diǎn)。但是，它與一般的斷點(diǎn)又有所區(qū)別。
一般的斷點(diǎn)被觸發(fā)后，會(huì)中斷程序執(zhí)行，然后等待用戶操作，并且用戶必須輸入continue命令讓程序恢復(fù)執(zhí)行。
而動(dòng)態(tài)打印斷點(diǎn)被觸發(fā)后，程序也會(huì)暫時(shí)中斷執(zhí)行，但是不需要等待用戶響應(yīng)，而是直接執(zhí)行用戶預(yù)設(shè)的格式化打印語(yǔ)句，并自動(dòng)恢復(fù)程序的執(zhí)行。
GDB動(dòng)態(tài)打印的使用方法設(shè)置動(dòng)態(tài)打印的命令是dprintf，格式如下：
dprintf location,format string,arg1,arg2,...dprintf命令和C語(yǔ)言中的printf的用法很相似，支持格式化打印。
相比printf函數(shù)，dprintf命令多了一個(gè)location參數(shù)，用于指定動(dòng)態(tài)打印被觸發(fā)的位置。
和break命令設(shè)置斷點(diǎn)時(shí)一樣，location可以是文件名:行號(hào)、函數(shù)名、或者具體的地址等。
除了location外，剩余的幾個(gè)參數(shù)，就和printf()函數(shù)一致了。format指定字符串打印的格式，后面幾個(gè)參數(shù)指定打印的數(shù)據(jù)來(lái)源。
以上面示例中的命令為例：
dprintf 6,"Hello, World!
"
dprintf 11,"i = %d, a = %d, b = %d
",i,a,b
dprintf 14,"Leaving! Bye bye!
"在功能上等價(jià)于下圖中右側(cè)的代碼：

到這里，GDB動(dòng)態(tài)打印的最基本功能就介紹完了。
斷點(diǎn)信息丟失怎么辦？在實(shí)際項(xiàng)目的調(diào)試過程中，難免會(huì)由于各種原因而必須要反復(fù)的調(diào)試才能定位出問題的原因，或者徹底理解程序的代碼邏輯。
然而，dprintf本質(zhì)上也是一種斷點(diǎn)，因此，當(dāng)調(diào)試結(jié)束后，本次調(diào)試時(shí)設(shè)置的斷點(diǎn)信息就全部丟失了。如果要再次調(diào)試的話，就不得不重新設(shè)置一遍。
如果每次調(diào)試過程中，只需要設(shè)置一兩個(gè)動(dòng)態(tài)打印的話，那倒也簡(jiǎn)單。
可是，如果需要設(shè)置十幾個(gè)甚至幾十個(gè)動(dòng)態(tài)打印呢？難道每次調(diào)試都要全部重新設(shè)置一遍嗎？想想都是一件比較麻煩的事情，對(duì)吧？
其實(shí)，GDB也有對(duì)應(yīng)的處理方案，很簡(jiǎn)單就可以解決！
保存和加載GDB斷點(diǎn)信息為了解決上面提到的問題，GDB很貼心地提供了對(duì)斷點(diǎn)信息保存和加載的功能。
GDB中，可以把當(dāng)前所設(shè)置的各種類型的斷點(diǎn)信息全部保存在一個(gè)腳本文件中。這其中當(dāng)然也包括dprintf設(shè)置的動(dòng)態(tài)打印信息。
只需要執(zhí)行下面的命令即可：
save breakpoints file_name這條命令會(huì)把當(dāng)前所有的斷點(diǎn)信息都保存在file_name指定的文件中。
等下次進(jìn)行調(diào)試時(shí)，可以把file_name文件中的斷點(diǎn)信息重新加載起來(lái)。有兩種方法：
啟動(dòng)GDB時(shí)使用“-x file_name”參數(shù)。
在GDB中執(zhí)行source file_name命令。
[/ol]下面分別演示一下。
保存斷點(diǎn)信息
我們用GDB重新啟動(dòng)上面示例中的test程序：
用dprintf設(shè)置好斷點(diǎn)。
用info break命令查看一下斷點(diǎn)信息。
執(zhí)行“save breakpoints test.bp”命令，把斷點(diǎn)信息保存在test.bp文件中。
[/ol]

我們看下一下test.bp中究竟保存了什么內(nèi)容：

原來(lái)，就是我們之前執(zhí)行的三條dprintf命令，并且是以文本形式存在test.bp中的。
接下來(lái)，我們用兩種方法分別加載test.bp中的斷點(diǎn)信息。
用-x參數(shù)加載斷點(diǎn)信息

可見，指定-x參數(shù)后，GDB在開始調(diào)試程序之前，會(huì)從指定的文件中把斷點(diǎn)信息加載進(jìn)來(lái)，并重新設(shè)置在程序中。因此，執(zhí)行run命令后，程序能夠按照我們的預(yù)期正常執(zhí)行動(dòng)態(tài)打印功能。
source命令加載斷點(diǎn)信息

GDB把test加載起來(lái)之后，info break并沒有顯示出任何斷點(diǎn)信息。然后，我們執(zhí)行source test.bp命令，GDB會(huì)把斷點(diǎn)信息從test.bp加載進(jìn)來(lái)，并重新設(shè)置在test程序中。
結(jié)語(yǔ)由于篇幅所限，本文只是介紹了GDB動(dòng)態(tài)打印的基本功能和使用方法。其實(shí)，它還有很多高階的用法和技巧，以后會(huì)再更新文章進(jìn)行講解。
程序調(diào)試是每個(gè)程序員必須要熟練掌握的基本技能，在整個(gè)計(jì)算機(jī)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中，它占據(jù)著非常重要的地位。
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