Ubuntu C++如何调试程序错误 - 问答

Ubuntu C++调试程序错误的常用方法

1. 使用GDB（GNU调试器）调试

GDB是Ubuntu下调试C++程序的经典命令行工具，需配合编译时的-g选项使用，以下是详细步骤：

(1) 安装GDB

若未安装，通过终端执行以下命令安装：
sudo apt update && sudo apt install gdb

(2) 编译程序并生成调试信息

使用g++编译时添加-g参数，保留程序的调试符号（关键步骤，否则GDB无法定位源代码）：
g++ -g -o my_program my_program.cpp
（-g选项会将源代码、变量名、行号等信息嵌入可执行文件）

(3) 启动GDB并加载程序

终端输入以下命令启动GDB并加载编译后的程序：
gdb ./my_program

(4) 常用调试命令

设置断点：暂停程序执行的位置，便于逐步排查问题。
- 在指定函数（如main）处设置断点：break main
- 在指定文件（如my_program.cpp）的某一行（如第42行）设置断点：break my_program.cpp:42
运行程序：启动程序执行，遇到断点会暂停：run（可附加命令行参数，如run arg1 arg2）
单步执行：
- next（或n）：执行下一行代码，不进入函数内部（适合快速跳过库函数）。
- step（或s）：执行下一行代码，进入函数内部（适合调试自定义函数）。
查看变量值：检查变量当前值，判断是否符合预期。
- 打印单个变量：print variable_name（如print x）。
- 打印表达式：print x + y（支持算术、逻辑表达式）。
查看调用栈：了解程序执行的函数调用路径，定位错误发生的函数。
- backtrace（或bt）：显示当前调用栈的所有帧（frame）。
- frame 3：切换到调用栈的第3帧，查看该函数的局部变量。
继续执行：从当前断点继续运行，直到下一个断点或程序结束：continue（或c）。
退出GDB：结束调试会话：quit（或q）。

(5) 示例调试流程

假设有以下简单程序（my_program.cpp），用于演示GDB调试：

#include <iostream>
void divide(int a, int b) {
    int result = a / b; // 可能触发除零错误
    std::cout << "Result: " << result << std::endl;
}
int main() {
    int x = 10, y = 0;
    divide(x, y); // 调用可能出错的函数
    return 0;
}

调试步骤：

编译程序：g++ -g -o my_program my_program.cpp
启动GDB：gdb ./my_program
在divide函数入口设置断点：break divide
运行程序：run
程序在divide函数处暂停，查看变量b的值（print b），发现b=0（导致除零错误）。
退出GDB：quit

2. 使用Visual Studio Code（VS Code）调试

VS Code是图形化IDE，通过安装扩展和配置文件，可提供更直观的调试体验：

(1) 安装必要组件

从VS Code官网下载并安装Linux版本。
打开VS Code，点击左侧扩展图标，搜索并安装**C/C++**扩展（Microsoft发布，支持C++语法高亮、智能提示和调试）。

(2) 配置调试环境

在项目根目录下创建.vscode文件夹（若不存在），并添加以下两个配置文件：

tasks.json：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",
      "type": "shell",
      "command": "g++",
      "args": [
        "-g", // 必须添加，生成调试信息
        "${file}", // 当前打开的文件
        "-o", // 输出文件名
        "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}"
      ],
      "group": {
        "kind": "build",
        "isDefault": true
      }
    }
  ]
}

launch.json：定义调试配置，关联编译任务和GDB调试器。

{
  "version": "0.2.0",
  "configurations": [
    {
      "name": "g++ debug",
      "type": "cppdbg",
      "request": "launch",
      "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}", // 可执行文件路径
      "args": [], // 程序参数（可选）
      "stopAtEntry": false,
      "cwd": "${workspaceFolder}", // 工作目录
      "environment": [],
      "externalConsole": false,
      "MIMode": "gdb",
      "setupCommands": [
        {
          "description": "Enable pretty-printing for gdb",
          "text": "-enable-pretty-printing",
          "ignoreFailures": true
        }
      ],
      "preLaunchTask": "build" // 调试前执行的任务（对应tasks.json中的"label"）
    }
  ]
}

(3) 开始调试

打开需要调试的C++文件（如my_program.cpp）。
按下Ctrl+Shift+B（Windows/Linux）或Cmd+Shift+B（Mac），编译程序（执行tasks.json中的任务）。
按下F5键，启动调试会话（VS Code会自动加载launch.json配置，编译并启动GDB）。
使用VS Code的调试面板（左侧边栏）控制程序执行：
- 点击继续（F5）：继续执行程序。
- 点击单步跳过（F10）：相当于GDB的next命令。
- 点击单步进入（F11）：相当于GDB的step命令。
- 点击查看变量（左侧变量面板）：查看当前作用域的变量值。
- 点击添加断点（行号左侧）：设置断点（相当于GDB的break命令）。

3. 辅助调试工具

除GDB和VS Code外，以下工具可辅助定位特定类型的错误：

Valgrind：检测内存泄漏、非法内存访问等问题。
示例：valgrind --leak-check=full ./my_program（--leak-check=full显示详细的内存泄漏信息）。
strace：追踪程序的系统调用，了解程序与操作系统交互的过程（如文件操作、网络请求）。
示例：strace ./my_program（显示程序执行的所有系统调用）。
assert宏：在代码中插入断言，验证程序状态的合法性（调试阶段使用，发布时可通过-DNDEBUG禁用）。
示例：assert(ptr != nullptr);（若ptr为nullptr，程序终止并输出错误信息）。

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