2. 断点

看以下程序：

例 10.2. 断点调试实例

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int sum = 0, i = 0;
    char input[5];

    while (1) {
        scanf("%s", input);
        for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
            sum = sum * 10 + input[i] - '0';
        printf("input=%d\n", sum);
    }
    return 0;
}

这个程序的作用是：首先从键盘读入一串数字存到字符数组 input 中，然后转换成整型存到 sum 中，然后打印出来，一直这样循环下去。 scanf("%s", input); 这个调用的功能是等待用户输入一个字符串并回车， scanf 把其中第一段非空白（非空格、Tab、换行）的字符串保存到 input 数组中，并自动在末尾添加 '\0' 。接下来的循环从左到右扫描字符串并把每个数字累加到结果中，例如输入是 "2345" ，则循环累加的过程是 (((0*10+2)*10+3)*10+4)*10+5=2345。注意字符型的 '2' 要减去 '0' 的 ASCII 码才能转换成整数值 2。下面编译运行程序看看有什么问题：

$ gcc main.c -g -o main
$ ./main
123
input=123
234
input=123234
（Ctrl-C退出程序）
$

又是这种现象，第一次是对的，第二次就不对。可是这个程序我们并没有忘了赋初值，不仅 sum 赋了初值，连不必赋初值的 i 都赋了初值。读者先试试只看代码能不能看出错误原因。下面来调试：

$ gdb main
...
(gdb) start
Breakpoint 1 at 0x80483b5: file main.c, line 5.
Starting program: /home/akaedu/main
main () at main.c:5
5        int sum = 0, i = 0;

有了上一次的经验， sum 被列为重点怀疑对象，我们可以用 display 命令使得每次停下来的时候都显示当前 sum 的值，然后继续往下走：

(gdb) display sum
1: sum = -1208103488
(gdb) n
9            scanf("%s", input);
1: sum = 0
(gdb)
123
10            for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
1: sum = 0

undisplay 命令可以取消跟踪显示，变量 sum 的编号是 1，可以用 undisplay 1 命令取消它的跟踪显示。这个循环应该没有问题，因为上面第一次输入时打印的结果是正确的。如果不想一步一步走这个循环，可以用 break 命令（简写为 b ）在第 9 行设一个断点（Breakpoint）：

(gdb) l
5        int sum = 0, i;
6        char input[5];
7
8        while (1) {
9            scanf("%s", input);
10            for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
11                sum = sum*10 + input[i] - '0';
12            printf("input=%d\n", sum);
13        }
14        return 0;
(gdb) b 9
Breakpoint 2 at 0x80483bc: file main.c, line 9.

break 命令的参数也可以是函数名，表示在某个函数开头设断点。现在用 continue 命令（简写为 c ）连续运行而非单步运行，程序到达断点会自动停下来，这样就可以停在下一次循环的开头：

(gdb) c
Continuing.
input=123

Breakpoint 2, main () at main.c:9
9            scanf("%s", input);
1: sum = 123

然后输入新的字符串准备转换：

(gdb) n
234
10            for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
1: sum = 123

问题暴露出来了，新的转换应该再次从 0 开始累加，而 sum 现在已经是 123 了，原因在于新的循环没有把 sum 归零。可见断点有助于快速跳过没有问题的代码，然后在有问题的代码上慢慢走慢慢分析，“断点加单步”是使用调试器的基本方法。至于应该在哪里设置断点，怎么知道哪些代码可以跳过而哪些代码要慢慢走，也要通过对错误现象的分析和假设来确定，以前我们用 printf 打印中间结果时也要分析应该在哪里插入 printf ，打印哪些中间结果，调试的基本思路是一样的。一次调试可以设置多个断点，用 info 命令可以查看已经设置的断点：

(gdb) b 12
Breakpoint 3 at 0x8048411: file main.c, line 12.
(gdb) i breakpoints
Num     Type           Disp Enb Address    What
2       breakpoint     keep y   0x080483c3 in main at main.c:9
    breakpoint already hit 1 time
3       breakpoint     keep y   0x08048411 in main at main.c:12

每个断点都有一个编号，可以用编号指定删除某个断点：

(gdb) delete breakpoints 2
(gdb) i breakpoints
Num     Type           Disp Enb Address    What
3       breakpoint     keep y   0x08048411 in main at main.c:12

有时候一个断点暂时不用可以禁用掉而不必删除，这样以后想用的时候可以直接启用，而不必重新从代码里找应该在哪一行设断点：

(gdb) disable breakpoints 3
(gdb) i breakpoints
Num     Type           Disp Enb Address    What
3       breakpoint     keep n   0x08048411 in main at main.c:12
(gdb) enable 3
(gdb) i breakpoints
Num     Type           Disp Enb Address    What
3       breakpoint     keep y   0x08048411 in main at main.c:12
(gdb) delete breakpoints
Delete all breakpoints? (y or n) y
(gdb) i breakpoints
No breakpoints or watchpoints.

gdb 的断点功能非常灵活，还可以设置断点在满足某个条件时才激活，例如我们仍然在循环开头设置断点，但是仅当 sum 不等于 0 时才中断，然后用 run 命令（简写为 r ）重新从程序开头连续运行：

(gdb) break 9 if sum != 0
Breakpoint 5 at 0x80483c3: file main.c, line 9.
(gdb) i breakpoints
Num     Type           Disp Enb Address    What
5       breakpoint     keep y   0x080483c3 in main at main.c:9
    stop only if sum != 0
(gdb) r
The program being debugged has been started already.
Start it from the beginning? (y or n) y
Starting program: /home/akaedu/main
123
input=123

Breakpoint 5, main () at main.c:9
9            scanf("%s", input);
1: sum = 123

结果是第一次执行 scanf 之前没有中断，第二次却中断了。总结一下本节用到的 gdb 命令：

表 10.2. gdb 基本命令 2

命令	描述
break（或 b）行号	在某一行设置断点
break 函数名	在某个函数开头设置断点
break ... if ...	设置条件断点
continue（或 c）	从当前位置开始连续运行程序
delete breakpoints 断点号	删除断点
display 变量名	跟踪查看某个变量，每次停下来都显示它的值
disable breakpoints 断点号	禁用断点
enable 断点号	启用断点
info（或 i）breakpoints	查看当前设置了哪些断点
run（或 r）	从头开始连续运行程序
undisplay 跟踪显示号	取消跟踪显示

习题

1. 看下面的程序：

   #include <stdio.h>
   
   int main(void) {
       int i;
       char str[6] = "hello";
       char reverse_str[6] = "";
   
       printf("%s\n", str);
       for (i = 0; i < 5; i++)
            reverse_str[5 - i] = str[i];
       printf("%s\n", reverse_str);
       return 0;
   }

   首先用字符串 "hello" 初始化一个字符数组 str （算上 '\0' 共 6 个字符）。然后用空字符串 "" 初始化一个同样长的字符数组 reverse_str ，相当于所有元素用 '\0' 初始化。然后打印 str ，把 str 倒序存入 reverse_str ，再打印 reverse_str 。然而结果并不正确：

   $ ./main
   hello

   我们本来希望 reverse_str 打印出来是 olleh ，结果什么都没有。重点怀疑对象肯定是循环，那么简单验算一下， i=0 时， reverse_str[5]=str[0] ，也就是 'h' ， i=1 时， reverse_str[4]=str[1] ，也就是 'e' ，依此类推，i=0,1,2,3,4，共 5 次循环，正好把 h,e,l,l,o 五个字母给倒过来了，哪里不对了？用 gdb 跟踪循环，找出错误原因并改正。