第二章：数据类型

第四节：调试工具简介

在谈论无符号整数前，我们先要熟悉一个工具，这个工具的名名字叫gdb。一般来说，这个工具我们叫做调试器。现在这么叫，大家可能不明白意思，我这么解释一下吧，这个gdb就像一个盒子，我们把我们编写的程序放到这个盒子里面运行，这个盒子又个神奇的功能，能够控制整个程序的运行，让程序运行，程序就运行，让程序停止运行，他就停止运行，并且还可以指定程序在那个地方停止运行。另外，在程序停止运行期间，我们还可以通过这个工具查看这个程序运行的时候，程序内每个变量当前的值，也就是程序暂停的时候，每个变量的值。而且，还可以看你想看的内存地址中，所保存的二进制串。这个工具牛逼吧。

这个工具咋用呢？我们先编写一下程序：

/*
冒牌程序员-毛哥
*/
/***************debug_1.c**********/

#include<stdio.h>
int main()
{
    int x,y;
    x=20;
    y=30;
    printf("x=%d y=%d\n",x,y);
    x+=100;
    y=0x12345678;
    return 0;
}

按照下图中，输入黄色渲染的命令，就会出现如下画面：

看上图中被黄色荧光笔标注的部分，就是我们要输入的命令或者选项。

第一条：

gcc debug_1.c -o 1 -g

这里，gcc是编译命令，debug_1.c是源代码，-o 1是说明生成的可执行文件名字是1。-g说明在生成的可执行文件中，应该包含可执行文件的调试信息。

说明：

包含调试信息这句话对与初学者来说比较抽象，到底啥是调试信息，啥是调试呢？调试其实就是查找程序中的错误，也就是你们常听说的找bug。怎么找呢，就是在程序员认为可能出错的地方，把程序暂停，然后看程序中各个变量或者其他信息，是不是程序执行到这里，按照程序逻辑应该有的信息，如果发现信息不对，就查找原因，这就是调试。为了完成上述目的，需要一些辅助信息。首先，我们可以将程序暂停在源代码中的某一句话上，例如，我们需要将程序暂停到return 0；这句话上（暂停到这句话，其实此时这句话还没有被执行，而这句话的上一句y=0x12345678;已经被执行完毕）。如何暂停呢，我们就使用调试器命令“b n”，其中b是调试命令，n是参数，n代表的是程序应该暂停的行数，也就是行号。那么这个时候，调试器必须知道return 0；这句话，被翻译成了那些机器执行，当执行到这些机器指令前，必须暂停。这个机器指令和语言源代码对应关系信息是不是调试器必须知道呢？肯定是必须的，这些信息对于不需要调试的程序是否有价值呢，没有，因为正常程序不会被暂停。那么这个二进制指令和源代码对应关系信息就是调试信息，-g编译选项就是要编译器生成这些信息，然后把这些信息以一定的格式，保存在可执行文件中。gdb调试器在调试可执行程序的时候，就可以使用这些信息了。当然，调试信息不只包含源代码和二进制指令对应关系，还有其他很多东西，专门有技术标准进行规定。

第二条：

gdb 1

这里gdb是调试器启动命令，后面的1是参数，代表要调试的目标程序。

第三条：

start

这个其实已经是一条调试器的指令了，表示被调试程序开始运行。

第四条：

n

程序开始调试的时候，调试器会检测到可执行程序1中，有些机器指令没有对应的调试信息，此时调试器会问你，是否要让调试器自动下载可执行程序没有的调试信息（至于从哪里下载，调试器是知道的，从上面截图中可以看出，是在一个网站上https://debuginfod.ubuntu.com）。这里我们只调试我们自己写的代码，因此没有必要下载其他的调试信息，因此选了不下载。

然后调试器会将程序暂停在main函数的第一据可执行代码上。在截图中，可以看出breakpoint 1，main（）at debug_1.c:10。啥意思呢？就是第一个断点，在main函数中，main函数在debug_1.c这个源文件中，暂停在源文件的第10行。

同时可以看见，10 x=20;这一行，这一行表示被暂停的行号10和这行的代码 x=20;（注意，此时这行还没有被执行）。

然后这个时候，我们希望程序暂停在return 0;这一句源代码上，这样我们就可以查看y的值以及和y相关的其他信息。

为了达到上述目的，我们输入 b 15。

（return 0; 在第15行，b表示breakpoint断点的意思）

回车后出现断点设置成功的信息。然后我们输入c回车。（c表示continue的意思，就是继续执行的意思，因为我们在第15行设置了断点，那么程序继续执行，到第15行被暂停了下来，如上图，显示 breakpoint 2， main（） at debug_1.c:15。同时显示第十五行的源代码 return 0；暂停在这里后，调试器等待我们输入下一个调试命令。

我们在这里暂停的目的是查看y的值，以及y这个变量所在内存中，二进制序列的情况。如何查看呢？

首先，我们用p y来查看y的值：

p表示print的意思，y是变量的名字。合起来就是打印y变量的值。可以用计算机算一下，0x12345678是不是就是305419896。如果不是，肯定程序哪里有问题了，如果是就表明没有问题。

现在我们还想看一下，y变量所在内存中，二进制序列的情况。

命令x的用法如下：

x/nfu 地址
    
		n-内存单元个数
	
    f:
          x	16进制
          d	10进制
          u	10进制无符号
          o	8进制
          t	二进制
          a	16进制
          i	执行格式
          c	字符格式
          f	浮点数格式


    u:
          b	单字节
          h	双字节
          w	四字节
          g	八字节

  x/4xb &y的意思是，4-显示四个单元，x-以十六进制的格式显示，b每个单元一个字节。回车后，显示如下：

0x7fffffffe02c: 0x78    0x56    0x34    0x12

0x7fffffffe02c是y变量的内存地址，以十六进制的形式显示。0x78是内存地址为0x7fffffffe02c的一个字节的二进制串，只不过是以十六进制的形式显示，这里我们没有必要将其翻译成二进制形式。以此类推，0x7fffffffe02d地址的字节中，二进制串是0x56，0x7fffffffe02e地址的字节中，二进制串是0x34...。

通过观察，我们会发现y的值是0x12345678，而内存中从低地址到高地址的二进制串是：0x78 56 34 12。正好顺序反了。在高地址处，存放的是32位整数的高位数字，而在低地址上，存放的是32位整数的低位数字。还有一种存储方法，就是高地址处，存放0x78，而低地址处，存放0x12，这样就更符合我们人类的阅读习惯了。两种方法都可以，但总得选一种吧。此时有的人就选第一种，违反人类阅读习惯的方法，有的人就选第二种，符合人类阅读习惯的。我们现在用的最多的是第一种，叫做小端表示法，就是我们现在这个环境中使用的方法。

那现在如何结束调试呢？输入quit，或者q回车，然后再输入y就可以了。