Linux环境下通过GDB调试C项目实战

通过GDB调试找到程序的bug

请查看位于https://github.com/xmu-Linux101/Linux101/tree/201720182/experiments/gcc-5-gdb的代码

这个是向量加法的程序，但是有一些小bug，请通过GDB调式工具找出具体的bugs。

调式过程请尽量使用截图工具保留下来，便于评判。

提交PDF实验报告。

前情回顾：

编译过程可分为四个阶段：

1. 预处理（Pre-Processing)
2. 编译（Compiling)
3. 汇编（Assembling)
4. 链接（Linking)

调试选项

默认情况下，gcc在编译时不会建个调试符号插入到生成的二进制代码中，如果需要生成调试符号信息，可以使用gcc -g选项，一般不加调试选项，否则会使代码增大。

​ 1.设置断点 ​ 2.单步执行程序，便于调试 ​ 3.查看程序中变量值的变化 ​ 4.动态改变程序的执行环境 ​ 5.分析崩溃程序产生的core文件

以上这些就是这次实验的前置知识，需要我们采用gdb调试器来找出一些程序的bug

首先看一下这个程序的目录结构：

我们可以看到文件的目录结构是一个典型的C语言项目架构：Makefile,include文件夹下是预先定义好的库函数，粗看文件结构应该可以想到array.c是一个具体实现函数功能的文件，main.c则是总的主函数，进行测试编写的代码功能是否正常执行

在找这个项目的bug之前我们必须确认一下Makefile的内容是否有逻辑错误或者语法错误，这样才能保证我们后期的调试没有问题

输入vi Makefile,我们看到：

这个Makefile中的几条命令大致为：

make clean:清除已经存在的result可执行文件

make/make result:将已经得到的可执行文件main.o与array.o链接成可执行文件result，不开启O2优化或采用O0优化，在此之前将main.c和array.c分别编译成可执行文件main.o和array.o

make_clean:清除已经存在的main.o可执行文件

array_clean:清除已经存在的main.o可执行文件

array:清除已经存在的array.o可执行文件并编译array.c生成array.o文件

main:清除已经存在的main.o可执行文件并编译mian.c生成main.o文件

main_optimize:编译mian.c生成main.o文件,开启O2优化(该优化选项会牺牲部分编译速度，除了执行-O1所执行的所有优化之外，还会采用几乎所有的目标配置支持的优化算法，用以提高目标代码的运行速度.)

array_optimize:编译mian.c生成main.o文件,开启O2优化(该优化选项会牺牲部分编译速度，除了执行-O1所执行的所有优化之外，还会采用几乎所有的目标配置支持的优化算法，用以提高目标代码的运行速度.)

make diff:观察生成的不加优化的版本代码和加入O2优化的release版本代码执行结果，查看区别

观察可得：Makefile并未存在任何语法错误、以及逻辑上的错误，初步排查断定是在代码实现上出了问题

在确定了Makefile没有大问题之后，我们采用gdb调试器来调试，首先gdb ./main启动调试器，list 查看代码：

我们观察可以得到，这是一个实现了创建两个一维向量(长度都为16)、并且将他们相加，最后输出相加结果的程序，更进一步，我们在第11行设置断点，display i和array_a[i]的信息：

我们可以看到，函数入口array_fill_with(int *array, int length, int fillWith)是有这三个参数，但是在实现代码中，length是其定义的数组长度，但是在循环中for(int i=0;i<=length;i++)竟然写成了<=length,这样就会导致执行到array[length]=fillWith这条语句，那这是什么意思呢，在C语言中，定义一个数组，array[length]，那么我们可以使用的有效元素范围就只有0~length-1,但是在这里的话就属于很严重的数组越界，也就是我们这里常说的未定义行为，但是到这里，我们还不能完全确定是否程序中就只有这个错误，我们还需要检查所有其他的代码才能确定：

查看include文件夹下的预定义函数：

没啥问题，ok，下一个

主要的array.c,启动gdb调试器：

查看完毕，果真和之前初步调试的一样，在array_add和array_fill两个函数里面都涉及到段错误，数组越界，length被取等号，但为什么没有发生报错或者错误终止程序是因为在最后的print函数里面只涉及到了正常的0~array.lenth-1的范围，当然如果将print函数里面也改成length取等号的话，很有可能最后一个元素(即第17个的值会不太一样)

其实，写出这样程序会造成十分严重的错误，但这种错误又非常隐蔽，难以发现以及调试。这里有个简单的例子：

 #include <stdio.h>
    int main()
    {
        int i, a[10];
        for(i = 1; i <= 10; ++i)
            a[i] = 0;
        return 0;
    }

你看到这个程序，真的会输出是11个0吗，但其实它运行起来是死循环，这就是C语言中数组越界带来的巨大隐患：

数组中的下标从0开始。 那么在上面代码中只能访问：a[1]、a[2]、a[3]、a[4]、a[5]、a[6]、a[7]、a[8]、a[9]

i自加到10时，a[10]属于数组下标越界，在C语言立，它会这样处理，对越界空间进行操作，破坏原有数据。访问之后程序会破坏内存原有数据，导致缓冲区泄露，并且发生不可预知的错误（在这里则是将i的内存地址和a[10]绑定起来，相当于每次修改a[10]的时候就顺便将i置为0，这样就会导致死循环)

总结来说：这个项目运行起来没有问题，看起来让人放心，但是，仔细去调试它的array.c具体实现代码，就会发现其中函数调用时出现的数组越界，这样就会导致缓冲区泄露，可能会修改内存，造成不可知的错误，这样是最可怕的，因为无法准确预料到，后续会产生难以估计的错误

让人放心，但是，仔细去调试它的array.c具体实现代码，就会发现其中函数调用时出现的数组越界，这样就会导致缓冲区泄露，可能会修改内存，造成不可知的错误，这样是最可怕的，因为无法准确预料到，后续会产生难以估计的错误**