Debian上Fortran程序如何调试 - 问答

Debian上Fortran程序调试指南

在Debian系统上调试Fortran程序，核心流程是通过gfortran编译时生成调试信息，再使用GDB（GNU调试器）进行源代码级别的调试。以下是详细步骤和常见操作：

1. 准备工作：安装必要工具

首先确保系统已安装gfortran（Fortran编译器）和gdb（调试器）。若未安装，可通过以下命令安装：

sudo apt-get update
sudo apt-get install gfortran gdb

2. 编译时生成调试信息

使用gfortran编译Fortran程序时，必须添加-g选项，该选项会在可执行文件中嵌入调试信息（如源代码行号、变量名），使GDB能关联程序运行状态与源代码。例如：

gfortran -g -o my_program my_program.f90

其中my_program.f90是源代码文件，my_program是生成的可执行文件。

3. 启动GDB调试

在终端中输入以下命令启动GDB并加载可执行文件：

gdb ./my_program

启动后，GDB会进入交互式命令行界面，显示程序的基本信息（如文件名、函数列表）。

4. 常用GDB调试命令

设置断点

在指定行设置断点：使用break（或简写b）命令，后跟行号。例如在第10行设置断点：
```
(gdb) break 10
```
在函数入口设置断点：直接指定函数名。例如在calculate_sum函数开头暂停：
```
(gdb) break calculate_sum
```

运行程序

正常启动程序：使用run（或简写r）命令。若程序需要命令行参数（如input.txt），可附加参数：
```
(gdb) run input.txt
```
程序崩溃后分析：若程序因段错误（Segmentation Fault）崩溃，GDB会自动暂停并显示崩溃位置（如某行代码或函数）。

单步执行

逐行执行（进入函数）：使用step（或简写s）命令。例如进入calculate_sum函数内部：
```
(gdb) step
```
逐行执行（跳过函数）：使用next（或简写n）命令。例如跳过printf函数的执行，直接到下一行：
```
(gdb) next
```

查看变量值

查看当前变量值：使用print（或简写p）命令，后跟变量名。例如查看变量x的值：
```
(gdb) print x
```
查看数组元素：支持索引访问。例如查看数组arr的第3个元素：
```
(gdb) print arr(3)
```

查看调用堆栈

显示函数调用链：使用backtrace（或简写bt）命令。例如查看程序崩溃时的函数调用顺序（从主函数到崩溃点）：
```
(gdb) backtrace
```

继续执行程序

恢复运行至下一个断点：使用continue（或简写c）命令。例如从当前断点继续执行，直到遇到下一个断点或程序结束：
```
(gdb) continue
```

删除断点

删除指定断点：使用delete命令，后跟断点编号（可通过info breakpoints查看）。例如删除编号为1的断点：
```
(gdb) delete 1
```

5. 高级调试技巧

条件断点

若需在满足特定条件时暂停程序（如循环中i=5时暂停），可使用break命令的条件形式：

(gdb) break 20 if i == 5

上述命令表示在第20行设置断点，仅当变量i的值等于5时触发。

观察点

用于监控变量的变化（如变量x的值被修改时暂停），使用watch命令：

(gdb) watch x

当x的值发生改变时，GDB会暂停程序并显示修改前后的值。

查看源代码

显示当前行及附近代码：使用list（或简写l）命令。例如显示当前行及前后5行：
```
(gdb) list
```
查看指定行代码：后跟行号。例如查看第15行的代码：
```
(gdb) list 15
```

6. 结合VSCode调试（可选）

若偏好图形界面，可使用Visual Studio Code（VSCode）配合gdb调试Fortran程序：

安装扩展：在VSCode中搜索并安装“Fortran”扩展（如“Modern Fortran”）。

配置launch.json：创建.vscode/launch.json文件，添加以下内容（指定可执行文件路径和GDB路径）：

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

配置tasks.json：创建.vscode/tasks.json文件，定义编译任务（生成带调试信息的可执行文件）：

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

启动调试：按F5键，VSCode会自动编译程序并通过GDB启动调试会话，支持断点、单步执行、变量查看等功能。

通过上述步骤，可在Debian系统上高效调试Fortran程序，快速定位语法错误、逻辑错误或运行时异常（如数组越界、空指针引用）。

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