GDB 奇技淫巧

yiming564 · 2024-10-25 21:39:11 · 科技·工程

GDB 奇技淫巧

前言

今天是 \text{NOIP 2024 Day 0}，但我翻出了我在 \text{CSP-S 2024 Day 0} 写的库存，想着还是分享一下吧。

本文面向读者为使用 NOI Linux 的 OIer，因此只介绍 OIer 可能会使用到的功能，对于工程上的功能不会讲述。

今天是 \text{CSP-S 2024 Day 0}，不知道有没有人因为平时依赖 vscode，担心考场上没有合适的调试器呢。

笔者就是这样一个 Joker，但是没有关系，NOI Linux 没有 vscode 插件，我们有 GDB！

GDB 基础运用

你可能以为，GDB 只是一个简陋的 CLI 调试工具，但事实上只需简单的调教和学习，你就可以把它玩出花来。

下面收录了一些 GDB 常用的基础命令（及其简写）

start：启动程序并停止在第 1 行。
break[b] x：在第 x 行设置断点。
break[b] x if cond：在第 x 行设置条件断点断点，当 cond 值为真时触发。
run[r]：运行程序
continue[c]：在断点处继续运行。
info local：查看局部变量。
next[n]：单步执行，跳过函数调用。
step[s]：单步执行，进入函数调用。
finish：结束当前函数。
backtrace[bt]：查看函数调用栈。
frame[fr]：切换栈帧以查看该栈帧中的局部变量和参数等。
display x：持续打印变量。
print[p] x：打印变量（一次性）。
delete：删除断点，监视点，display 等。
list：显示当前运行到的一段代码。

更详细的介绍可以参见 GDB 备忘清单一文，此处不再赘述。

GDB 高级运用

`.gdbinit`

在你的用户目录下建立 ~/.gdbinit，它可以在你的 GDB 运行前预输入你自定义的命令。先建立起来，我们后续有用。

TUI 模式

只要给 GDB 传入参数 -tui 就可以打开文本用户界面，这是我们唯一的武器！

使用 TUI 模式，我们可以方便地分屏预览源代码和命令行，并可视化地看到程序运行到了哪里，断点于何处，一切难题迎刃而解！

首先，打开你的 vscode。尽管它只是一个文本编辑器了，但它还可以内置终端，其他软件连这个功能都没有。

给你的程序写好 freopen，并使用 setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0); 关闭输出缓冲区，这会使你的标准输出的每一个字符被直接写入文件内。这样，在调试的时候，我们直接打开输出的文件，在 vscode 里预览即可。

下面是一个测试程序：

#include <bits/extc++.h>

#define inline __always_inline
template <typename T> inline void read(T &x)
{
    char ch;
    for (ch = getchar(); !isdigit(ch); ch = getchar());
    for (x = 0; isdigit(ch); ch = getchar())    x = x * 10 + (ch - '0');
}

int main()
{
    freopen64("out", "w", stdout);
    setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        printf("Test\n");
    return 0;
}

为什么要输出到文件这样多此一举？因为 GDB 的 TUI 模式使用 curses 这个库实现，如果再有标准输出会打乱原先文本界面的阵形，导致界面混乱。

然后你可以使用 g++ main.cpp -o main -g 编译你的源文件，并使用 gdb -tui ./main 来试着调试一下，相信你一定很容易学会如何使用。

下图是笔者在 vscode 中调试的实际界面，还是比较人性化的，属于人类可用的范围。

在使用 NOI Linux 时可能没有代码高亮（笔者使用的是 WSL 有代码高亮），但这无伤大雅。

当然，你可能会觉得上下结构的窗口结构浪费屏幕空间，没关系！打开 ~/.gdbinit，输入如下内容：

# 定义新窗口布局为左右布局，src 与 cmd 1:1 分屏。
tui new-layout noi-linux {-horizontal src 1 cmd 1} 1 status 0
# 更改为我们自定义的窗口布局
layout noi-linux
# 更改窗口焦点到 cmd（默认在 src）
focus cmd
# 更改代码的 tab 大小（个人喜好）
set tui tab-width 4

然后重新运行 GDB，如果显示异常就略微改变窗口大小，这样就可以左右分屏了，效果如下：

最后，介绍一下 TUI 模式的一些基本的快捷键：

基本快捷键：

Ctrl + x o：更改窗口焦点。
Ctrl + x s：进入单键命令模式。
Ctrl + l：刷新窗口。

单键命令模式：

c：断点处继续执行。
f：结束当前函数。
n：单步执行（跳过函数调用）。
s：单步执行（进入函数调用）。
v：查看栈变量。
w：查看调用栈。
q：退出单步调试模式。

GDB CLI 模式的正常的调试命令同样可用。

最后，祝各位 \text{CSP-S 2024 rp++}，调试一遍过！

本文是笔者在考试前一天花一个小时赶工的，可能略有粗糙和纰漏，各位看官老爷如发现错误，可于评论区指出。