Fortran代码在Debian如何调试 - 问答

在Debian系统下调试Fortran代码的核心工具与步骤

1. 准备工作：安装必要工具

调试Fortran程序需安装Fortran编译器（如gfortran）和调试器（如GDB）。在Debian/Ubuntu系统中，可通过以下命令一键安装：

sudo apt update
sudo apt install gfortran gdb build-essential

gfortran：用于编译Fortran代码并生成可调试版本；
gdb：GNU调试器，支持Fortran语言，用于程序运行时调试；
build-essential：包含编译所需的依赖库（如libc-dev），避免编译错误。

2. 编译时生成调试信息

调试的前提是编译时包含调试符号（Debug Symbols），需在gfortran命令中添加-g参数。示例如下：

gfortran -g -o my_program my_program.f90

-g：将调试信息嵌入可执行文件（如变量名、行号、函数调用栈）；
-o my_program：指定输出文件名（默认为a.out）；
my_program.f90：Fortran源代码文件。

3. 使用GDB进行基础调试

(1) 启动GDB

通过以下命令启动调试会话：

gdb ./my_program

启动后进入GDB交互界面，显示GDB版本及程序信息。

(2) 常用调试命令

设置断点：暂停程序在指定位置执行，便于检查变量或流程。

(gdb) break main           # 在main函数开头设置断点
(gdb) break 20             # 在当前文件第20行设置断点
(gdb) break my_subroutine  # 在自定义子程序（函数）处设置断点

运行程序：启动程序执行，若需传递命令行参数，可在run后添加：

(gdb) run                  # 无参数运行
(gdb) run arg1 arg2        # 带参数运行（arg1、arg2为实际参数）

单步执行：
- next（简写n）：执行下一行代码，跳过函数调用（不进入函数内部）；
- step（简写s）：执行下一行代码，进入函数内部（用于调试函数逻辑）。

查看变量：

(gdb) print x              # 查看变量x的当前值
(gdb) display x            # 每次程序暂停时自动显示x的值（便于跟踪变量变化）

查看调用栈：backtrace（简写bt）显示当前函数调用链，帮助定位程序崩溃的位置（如段错误）。
继续执行：continue（简写c）让程序从当前断点继续运行，直到下一个断点或程序结束。
退出GDB：quit（简写q）退出调试会话。

4. 高级调试场景

(1) 分析Core Dump文件

若程序因段错误（Segmentation Fault）崩溃，可生成core dump文件并通过GDB分析崩溃位置：

# 开启系统core dump生成（默认可能关闭）
ulimit -c unlimited

# 运行程序（崩溃后会生成core文件）
./my_program

# 用GDB加载可执行文件和core文件
gdb ./my_program core

# 查看崩溃时的调用栈
(gdb) bt

bt命令会显示崩溃时的函数调用链，快速定位问题代码行。

(2) 观察点（Watchpoints）

监视变量值的变化，当变量被修改时暂停程序，适用于查找变量被意外修改的问题：

(gdb) watch x                # 当x的值改变时暂停程序
(gdb) rwatch x               # 当x被读取时暂停程序
(gdb) awatch x               # 当x被访问（读/写）时暂停程序

5. 使用Visual Studio Code（VSCode）辅助调试

VSCode通过扩展可简化Fortran调试流程，步骤如下：

(1) 安装必要组件

安装VSCode：sudo snap install --classic code；
安装Fortran扩展：在VSCode扩展商店搜索“Fortran”（如“Modern Fortran”），点击安装；
安装gfortran和gdb（参考步骤1）。

(2) 配置调试环境

新建tasks.json文件（用于编译Fortran代码）：

{
  "version": "2.0.0",
  "tasks": [
    {
      "label": "Build Fortran",
      "type": "shell",
      "command": "gfortran -g -o ${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension} ${file}",
      "group": {
        "kind": "build",
        "isDefault": true
      },
      "problemMatcher": ["$gcc"]
    }
  ]
}

新建launch.json文件（用于配置GDB调试）：

{
  "version": "0.2.0",
  "configurations": [
    {
      "name": "Fortran Debug",
      "type": "cppdbg",
      "request": "launch",
      "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}",
      "args": [],
      "stopAtEntry": false,
      "cwd": "${workspaceFolder}",
      "environment": [],
      "externalConsole": false,
      "MIMode": "gdb",
      "setupCommands": [
        {
          "description": "Enable pretty-printing for gdb",
          "text": "-enable-pretty-printing",
          "ignoreFailures": true
        }
      ],
      "preLaunchTask": "Build Fortran",
      "miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb"
    }
  ]
}

program：指定可执行文件路径（${fileBasenameNoExtension}为源文件名，不含扩展名）；
preLaunchTask：编译任务（对应tasks.json中的label）；
miDebuggerPath：GDB路径（通常为/usr/bin/gdb）。

(3) 开始调试

打开Fortran源文件；
点击左侧边栏“调试图标”（或按Ctrl+Shift+D）；
点击顶部“创建launch.json文件”（若未创建），选择“C/C++”→“Linux”；
修改launch.json（参考上述配置）；
按F5启动调试，程序将在断点处暂停，可使用VSCode的调试面板（单步执行、查看变量等）进行调试。

通过以上步骤，可在Debian系统下高效调试Fortran代码，覆盖从基础断点到高级分析的场景。

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