Linux программирование в примерах

Роббинс Арнольд

Однако, поскольку программисты люди, ошибки программирования неизбежны. Отладка является процессом обнаружения и устранения ошибок в программах. Даже хорошо спроектированные и хорошо реализованные программы иногда не работают; когда что-то идет не так и вы не можете выяснить, почему, хорошей мыслью является нацелить на код отладчик и понаблюдать за появлением ошибки.

Данная глава охватывает ряд тем, начиная с общих методик и советов по отладке (компилирование для отладки и элементарное использование GDB, отладчика GNU), переходя к ряду методик для использования при разработке и отладке программы, упрощающих отладку, и затем рассмотрением ряда инструментов, помогающих в процессе отладки. Глава завершается краткими сведениями по тестированию программного обеспечения и великолепным набором «правил отладки», извлеченных

из книги, которую мы весьма рекомендуем.

Большая часть наших советов основана на нашем долгосрочном опыте участия в качестве добровольца в проекте GNU по поддержке

gawk

(GNU

awk

). Большинство, если не все, специфические примеры, которые мы представляем, происходят от этой программы. На протяжении главы особые рекомендации помечены словом Рекомендация.

15.1. Сначала главное

Когда программа ведет себя неправильно, вы можете быть в затруднении, что делать сначала. Часто странное поведение возникает из-за неправильного использования памяти — использования неинициализированных значений, чтения или записи за пределами динамической памяти и т.д. Поэтому вы можете быстрее получить результаты, попробовав средства отладки памяти до того, как заведете отладчик.

Довод заключается в том, что утилиты памяти могут указать вам непосредственно на вызывающую сбой строку кода, тогда как использование отладчика больше напоминает миссию «найти и уничтожить», в которой вам нужно сначала изолировать проблему, а затем исправить ее. Убедившись, что дело не в проблемах памяти, можно переходить к использованию отладчика.

Поскольку отладчик является более универсальным средством, мы рассмотрим его вначале. Далее в главе мы обсудим ряд инструментов для отладки памяти.

15.2. Компиляция для отладки

Для использования отладчика исходного кода, отлаживаемый исполняемый файл должен быть откомпилирован с опцией компилятора

– g

. Эта опция заставляет компилятор внедрять в объектный код дополнительные отладочные идентификаторы; то есть дополнительные сведения, содержащие имена и типы переменных, констант, функций и так далее. Отладчик затем использует эту информацию для приведения в соответствие местоположения исходного кода с исполняемым кодом и получения или сохранения значений переменных в работающей программе.

На многих системах Unix опция компилятора

– g

является взаимно исключающей с опцией

– O

, которая включает оптимизацию. Это потому, что оптимизации могут вызвать перестановку битов и участков объектного кода, так что больше не будет прямого соответствия с тем, что исполняется, и линейным прочтением исходного кода. Отменив оптимизации, вы значительно облегчаете отладчику установление связи между объектным и исходным кодом, и в свою очередь, пошаговое прохождение программы работает очевидным образом. (Пошаговое исполнение вскоре будет описано.)

GCC, GNU Compiler Collection (коллекция компиляторов GNU), на самом деле допускает совместное использование

– g

и

– O

. Однако, это привносит как раз ту проблему, которую мы хотим избежать при отладке: следование исполнению в отладчике становится значительно более трудным. Преимуществом совместного использования опций является то, что вы можете оставить отладочные идентификаторы в конечном оптимизированном исполняемом модуле. Они занимают лишь дисковое пространство, а не память. После этого установленный исполняемый файл все еще можно отлаживать при непредвиденных случаях.

По нашему опыту, если нужно использовать отладчик, лучше перекомпилировать приложение с самого начала, использовав лишь опцию

– g

. Это значительно упрощает трассировку; имеется достаточно деталей, за которыми нужно следить при простом прохождении написанной программы, не беспокоясь о том, как компилятор переставляет код.

Есть одно предостережение: убедитесь, что поведение программы все еще неправильное. Воспроизводимость является ключевой при отладке; если вы не можете воспроизвести проблему, гораздо труднее ее выследить и исправить. В редких случаях компиляция без опции

– O

может устранить ошибку [161] .

Обычно проблема остается при компиляции без использования опции

– O

, что означает, что на самом деле действительно имеется какая-то разновидность логической ошибки, ждущая своего обнаружения.

161

Оптимизации компилятора являются общеизвестным козлом отпущения для логических ошибок. В прошлом обвинения компиляторов были более оправданы. Судя по нашему опыту, используя современные системы и компиляторы, очень редко можно обнаружить случаи, в которых оптимизации компилятора привносят ошибки в работающий код — Примеч. автора.

15.3. Основы GDB

Отладчик является программой, позволяющей контролировать исполнение другой программы и исследовать и изменять состояние подчиненной программы (такое, как значения переменных). Имеются два вида отладчиков: отладчики машинного уровня, работающие на уровне машинных инструкций, и отладчики исходного кода, работающие на основе исходного кода программы. Например, в отладчике машинного уровня для изменения значения переменной вы указываете адрес в памяти. В отладчике исходного уровня вы просто используете имя переменной.

Исторически в V7 Unix был

adb

, который являлся отладчиком машинного уровня В System III был

sdb

, который являлся отладчиком исходного кода, a BDS Unix предоставляла dbx, также отладчик исходного кода. (Обе продолжали предоставлять

adb

.)

dbx

продолжает существовать на некоторых коммерческих системах Unix.

GDB, отладчик GNU, является отладчиком исходного кода. У него значительно больше возможностей, он значительно более переносим и более практичен, чем любой из

sdb

или

dbx

[162] .

162

Мы говорим об оригинальном BSD

dbx

. В течение десяти лет мы использовали исключительно GDB — Примеч. автора.

Как и его предшественники, GDB является отладчиком командной строки. Он выводит по одной строке исходного кода за раз, выдает приглашение и читает одну строку ввода, содержащего команду для исполнения.

Имеются графические отладчики; они предоставляют больший обзор исходного кода и обычно предоставляют возможность манипулировать программой как из окна командной строки, так и через компоненты GUI, такие, как кнопки и меню. Отладчик

ddd

[163] является одним из таких; он построен поверх GDB, так что если вы изучите GDB, вы сразу же сможете начать использовать

ddd

. (У

ddd

есть собственное руководство, которое следует прочесть, если вы собираетесь интенсивно его использовать.) Другим графическим отладчиком является Insight [164] , который использует для предоставления поверх GDB графического интерфейса Tcl/Tk. (Следует использовать графический отладчик, если он доступен и нравится вам. Поскольку мы собираемся предоставить введение в отладчики и отладку, мы выбрали использование простого интерфейса, который можно представить в напечатанном виде.)

163

ddd

поставляется со многими системами GNU/Linux. Исходный код доступен на FTP-сайте проекта GNU

ddd

(

ftp://ftp.gnu.org/gnu/ddd/

) — Примеч. автора.

164

http.//sources.redhat.com/insight/

— Примеч. автора.