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  GDB中的“观察点”/watchpoint使用
于 2017-10-22 编辑: Eric 查看: 1427 次   Article Url Print this page

观察点

接着上一节的步骤,经过调试我们知道,虽然sum已经赋了初值0,仍需要在while (1)循环开头加上sum = 0;:

例 10.3. 观察点调试实例

#include <stdio.h>

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

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

使用scanf函数是非常凶险的,即使修正了这个Bug还存在很多问题。如果输入的字符串超长了会怎么样?我们知道数组访问越界是不会检查的,所以scanf会写出界。现象是这样的:

$ ./main
123
input=123
67
input=67
12345
input=123407

下面用调试器看看最后这个诡异的结果是怎么出来的。

$ 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;
(gdb) n
9 sum = 0;
(gdb) (直接回车)
10 scanf("%s", input);
(gdb) (直接回车)
12345
11 for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
(gdb) p input
$1 = "12345"

input数组只有5个元素,写出界的是scanf自动添的'\0',用x命令看会更清楚一些:

(gdb) x/7b input
0xbfb8f0a7: 0x31 0x32 0x33 0x34 0x35 0x00 0x00

x命令打印存储器中的内容。7b是打印格式,b表示每个字节一组,7表示打印7组[20]。前五个字节是input数组的存储单元,打印的正是十六进制ASCII码的'1'到'5',最后一个是写出界的'\0'。根据运行结果,前四个字符转成数字都没错,第5个错了,也就是i从0到3的循环都没错,我们设一个条件断点从i等于4开始单步调试:

(gdb) l
6 char input[5];
7
8 while (1) {
9 sum = 0;
10 scanf("%s", input);
11 for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
12 sum = sum*10 + input[i] - '0';
13 printf("input=%d\n", sum);
14 }
15 return 0;
(gdb) b 12 if i == 4
Breakpoint 2 at 0x80483e6: file main.c, line 12.
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 2, main () at main.c:12
12 sum = sum*10 + input[i] - '0';
(gdb) p sum
$2 = 1234

现在sum是1234没错,根据运行结果是123407我们知道即将进行的这步计算肯定要出错,算出来应该是12340,那就是说input[4]肯定不是'5'了,事实证明这个推理是不严谨的:

(gdb) x/7b input
0xbfb8f0a7: 0x31 0x32 0x33 0x34 0x35 0x04 0x00

input[4]仍然是0x35,产生123407还有另外一种可能,就是在下一次循环中123450不是加上而是减去一个数得到123407。可现在不是到字符串末尾了吗?怎么会有下一次循环呢?注意到循环控制条件是input[i] != '\0',而本来应该是0x00的位置现在莫名其妙地变成了0x04,因此循环不会结束。继续单步:

(gdb) n
11 for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
(gdb) p sum
$3 = 12345
(gdb) n
12 sum = sum*10 + input[i] - '0';
(gdb) x/7b input
0xbfb8f0a7: 0x31 0x32 0x33 0x34 0x35 0x05 0x00

进入下一次循环,原来的0x04又莫名其妙地变成了0x05,这是怎么回事?这个暂时解释不了,但123407这个结果可以解释了,是12345*10 + 0x05 - 0x30得到的,虽然多循环了一次,但下次一定会退出循环了,因为0x05的后面是'\0'。

input[4]后面那个字节到底是什么时候变的?可以用观察点(Watchpoint)来跟踪。我们知道断点是当程序执行到某一代码行时中断,而观察点是当程序访问某一存储单元时中断,如果我们不知道某一存储单元是在哪里被改动的,这时候观察点尤其有用。下面删除原来设的断点,从头执行程序,重复上次的输入,用watch命令设置观察点,跟踪input[4]后面那个字节(可以用input[5]表示,虽然这是访问越界):

(gdb) delete breakpoints
Delete all breakpoints? (y or n) y
(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;
(gdb) n
9 sum = 0;
(gdb) (直接回车)
10 scanf("%s", input);
(gdb) (直接回车)
12345
11 for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
(gdb) watch input[5]
Hardware watchpoint 2: input[5]
(gdb) i watchpoints
Num   Type      Disp Enb Address  What
2    hw watchpoint keep y       input[5]
(gdb) c
Continuing.
Hardware watchpoint 2: input[5]

Old value = 0 '\0'
New value = 1 '\001'
0x0804840c in main () at main.c:11
11 for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
(gdb) c
Continuing.
Hardware watchpoint 2: input[5]

Old value = 1 '\001'
New value = 2 '\002'
0x0804840c in main () at main.c:11
11 for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)
(gdb) c
Continuing.
Hardware watchpoint 2: input[5]

Old value = 2 '\002'
New value = 3 '\003'
0x0804840c in main () at main.c:11
11 for (i = 0; input[i] != '\0'; i++)

已经很明显了,每次都是for这句改变了input[5]的值,而且是每次加1,而for这句里的i正是每次加1的,原来input[5]就是i的存储单元,换句话说,i的存储单元是紧跟在input数组后面的。

修正这个Bug对初学者来说有一定难度。如果你发现了这个Bug却没想到数组访问越界这一点,也许一时想不出原因,就会先去处理另外一个更容易修正的Bug:如果输入的不是数字而是字母或别的符号也能算出结果来,这显然是不对的,可以在循环中加上判断条件:

while (1) {
sum = 0;
scanf("%s", input);
for (i = 0; input[i] != '\0'; i++) {
if (input[i] < '0' || input[i] > '9') {
printf("Invalid input!\n");
sum = -1;
break;
}
sum = sum*10 + input[i] - '0';
}
printf("input=%d\n", sum);
}


然后你会惊喜地发现,不仅输入字母会报错退出,输入超长也会报错退出:

$ ./main
123a
Invalid input!
input=-1
dead
Invalid input!
input=-1
1234578
Invalid input!
input=-1
1234567890abcdef
Invalid input!
input=-1
23
input=23

似乎是两个Bug一起解决掉了,想想为什么输入超长也会报错退出。总结一下本节用到的gdb命令:

表 10.3. gdb基本命令3
watch 设置观察点
info(或i) watchpoints 查看当前设置了哪些观察点
x 从某个位置开始打印存储器的一段内容,全部当成字节来看,而不区分哪些字节属于哪些变量


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