引言
最近更新了几篇关于编译器、性能优化等相对比较底层的文章,有童鞋发私信给我,希望能写几篇介绍程序调试技巧的文章。
想了下,就从C语言的宏定义入手吧。这个是调试C语言程序时经常会遇到的问题,在我刚入门时也曾经困惑过我。
关于C语言的宏
C语言,易于入门,难以精通。这样说,我想应该不会有人反对吧?
它的易,在于其精简的语法,简单的数据类型。它的难,在于它的灵活。
说起它的难,大家第一反应肯定是指针。作为C语言的精髓,指针的存在,使得C语言足够灵活,异常强大。但同时,它也使得C语言变得难以掌控,程序变得难以理解。
那么,除了指针呢?还有宏。
C语言中,宏是和指针一样强大的存在。毫不夸张的说,通过C语言的宏定义,甚至可以发展出一门全新的编程语言。
恰当的使用宏,能够使得代码更加简洁精炼,易读,还能提高程序的运行效率。真正的C语言高手,都非常善于用宏来实现一些高级的编程技巧。
Linux内核就是一个典型的案例。作为全球顶尖黑客大牛们通力合作的产物,Linux内核把C语言的宏发挥到了极致,各种精妙、有趣的宏技巧在Linux内核代码中随处可见。
但是,和指针一样,宏也是一把双刃剑。大量的运用宏,尤其是一些高级、精妙的技巧,会使得代码变得难以理解,对于理解代码的实现细节和调试带来不小的难度。对于这点,我想研究过Linux内核代码的童鞋都深有体会。
GDB调试时遇到宏怎么办?
我们知道,在C语言程序预编译阶段,所有的宏定义都会被展开在C源码文件中引用宏的地方。因此,一般编译过后的目标文件中,不存在关于宏定义的任何信息。如下面这段代码:
先编译一下:
<code>gcc -g test.c -o test/<code>
然后用GDB调试:
尽管我们编译时加了“-g”选项,但当我们在GDB中查看MONDAY的值和使用MAX宏时,仍然会提示当前上行文中找不到这两个符号。
怎么解决呢?其实GCC已经给我们提供了解决方案。
GCC的调试选项 -g
我们知道,要想用GDB进行调试,必须在用GCC编译时加上“-g”选项。但很多童鞋可能不知道的是,和优化选项“-Ox”一样,调试选项“-g”也有几个等级可选:
可见,我们编译时加的“-g”选项,其实等同于“-g2”,它产生了足够多的调试信息,我们可以用gdb查看调用栈、查看局部变量等。但是,要想查看宏定义,则必须要使用“-g3”选项。
使用-g3调试选项
重新编译一下:
<code>gcc -g3 test.c -o test/<code>
用gdb重新调试:
用“-g3”选项重新编译之后,就可以在gdb中查看宏定义了。
本来,到这里就该结束了,但是为了满足好奇心,我们看一下“-g2”和“-g3”对目标文件产生了什么影响。
“-g2”和“-g3”对目标文件的影响
我们先看一下“-g2”,重新编译一下,然后用readelf命令查看一下目标文件中的节区头部(section header)表:
<code>gcc -g2 test.c -o test readelf -S test/<code>
主要看一下和调试信息相关的节区:
-g2 目标文件调试信息
GCC默认使用的调试信息存储格式叫做DWARF,gdb就是基于这个格式的规范,实现的源码级调试。
稍微解释一下:
.debug_aranges 地址范围信息.debug_info 最核心的调试信息.debug_abbrev 各编译单元的缩写表.debug_line 行号信息.debug_str 被“.debug_info”节区使用的字符串表然后,再用“-g3”选项重新编译一下:
<code>gcc -g3 test.c -o test readelf -S test/<code>
再看下节区表:
-g3 目标文件调试信息
跟“-g2”相比,“-g3”多了一个.debug_macro,这个节区就是主要用来存放宏定义的信息。
我们用下面这个命令来查看一下这个节区里面都存放了哪些信息:
<code>readelf --debug-dump test/<code>
输出信息比较多,和“.debug_macro”有关的如下图所示:
测试程序中定义的两个宏MONDAY和MAX的信息都包含在这个节区中,包括文件信息、行号信息、以及宏定义具体内容等。
结语
作为程序员,我们每天都在和各种Bug斗智斗勇,程序调试和问题定位的能力,对我们来说是至关重要的一项基本技能。
工欲善其事,必先利其器。
接下来,我会更新一系列文章,深入讲解程序调试和问题定位的技巧,以及其背后的实现原理。主要内容包括:
调试器的工作原理调试器常见功能的实现方法,如断点、单步执行、调用栈、源码级调试等常用工具的高级使用技巧,如GCC、GDB、binutil工具集、sysstat工具集等在无合适工具可用的特殊环境下,如何自己制作调试工具感兴趣的童鞋欢迎欢迎右上角关注!
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你真的理解"Hello world"吗? 从编译链接到OS内核系列专题(已更新三篇)
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