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GDB catch命令:建立捕捉断点

要知道,GDB 调试器支持在被调试程序中打 3 种断点,分别为普通断点、观察断点和捕捉断点,其中普通断点用 break 命令建立(可阅读《GDB break》一节),观察断点用 watch 命令建立(可阅读《GDB watch》一节),本节将讲解如何使用 catch 命令建立捕捉断点。

和前 2 种断点不同,普通断点作用于程序中的某一行,当程序运行至此行时停止执行,观察断点作用于某一变量或表达式,当该变量(表达式)的值发生改变时,程序暂停。而捕捉断点的作用是,监控程序中某一事件的发生,例如程序发生某种异常时、某一动态库被加载时等等,一旦目标时间发生,则程序停止执行。

用捕捉断点监控某一事件的发生,等同于在程序中该事件发生的位置打普通断点。


建立捕捉断点的方式很简单,就是使用 catch 命令,其基本格式为:

(gdb) catch event

其中,event 参数表示要监控的具体事件。对于使用 GDB 调试 C、C++ 程序,常用的 event 事件类型如表 1 所示。

表 1 常见的 event 事件
event 事件 含 义
throw [exception] 当程序中抛出 exception 指定类型异常时,程序停止执行。如果不指定异常类型(即省略 exception),则表示只要程序发生异常,程序就停止执行。
catch [exception] 当程序中捕获到 exception 异常时,程序停止执行。exception 参数也可以省略,表示无论程序中捕获到哪种异常,程序都暂停执行。
load [regexp]
unload [regexp]
其中,regexp 表示目标动态库的名称,load 命令表示当 regexp 动态库加载时程序停止执行;unload 命令表示当 regexp 动态库被卸载时,程序暂停执行。regexp 参数也可以省略,此时只要程序中某一动态库被加载或卸载,程序就会暂停执行。

除表中罗列的以外,event 参数还有其它一些写法,感兴趣的读者可查看 GDB官网进行了解,这里不再过多赘述。

注意,当前 GDB 调试器对监控 C++ 程序中异常的支持还有待完善,使用 catch 命令时,有以下几点需要说明:
  1. 对于使用 catch 监控指定的 event 事件,其匹配过程需要借助 libstdc++ 库中的一些 SDT 探针,而这些探针最早出现在 GCC 4.8 版本中。也就是说,想使用 catch 监控指定类型的 event 事件,系统中 GCC 编译器的版本最低为 4.8,但即便如此,catch 命令是否能正常发挥作用,还可能受到系统中其它因素的影响。
  2. 当 catch 命令捕获到指定的 event 事件时,程序暂停执行的位置往往位于某个系统库(例如 libstdc++)中。这种情况下,通过执行 up 命令,即可返回发生 event 事件的源代码处。
  3. catch 无法捕获以交互方式引发的异常。

如同 break 命令和 tbreak 命令的关系一样(前者的断点是永久的,后者是一次性的),catch 命令也有另一个版本,即 tcatch 命令。tcatch 命令和 catch 命令的用法完全相同,唯一不同之处在于,对于目标事件,catch 命令的监控是永久的,而 tcatch 命令只监控一次,也就是说,只有目标时间第一次触发时,tcath 命令才会捕获并使程序暂停,之后将失效。

接下来就以下面的 C++ 程序为例,给大家演示 catch(tcatch)命令的用法:
#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int num = 1;
    while(num <= 5){
        try{
            throw 100;
        }catch(int e){
            num++;
            cout << "next" << endl;
        }
    }
    cout << "over" << endl;
    return 0;
}
此程序存储于 ~/demo/main.cpp 文件中( ~ 表示当前登陆用户的主目录)。

在此基础上,对 main.cpp 文件进行编译,并启动对该程序的调试:

[root@bogon demo]$ ls
main.cpp
[root@bogon demo]# g++ main.cpp -o main.exe -g
[root@bogon demo]$ ls
main.cpp  main.exe
[root@bogon demo]# gdb main.exe -q
Reading symbols from main.exe...done.
(gdb)


通过观察程序可以看出,当前程序中通过 throw 手动抛出了 int 异常,此异常能够被 catch 成功捕获。假设我们使用 catch 命令监控:只要程序中引发 int 异常,程序就停止执行:

(gdb) catch throw int              <-- 指定捕获“throw int”事件
Catchpoint 1 (throw)
(gdb) r                                     <-- 执行程序
Starting program: ~/demo/main.exe

Catchpoint 1 (exception thrown), 0x00007ffff7e81762 in __cxa_throw ()
   from /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6                          <-- 程序暂停执行
(gdb) up                                                                                    <-- 回到源码
#1  0x0000555555555287 in main () at main.cpp:8
8             throw 100;
(gdb) c                                                                                      <-- 继续执行程序
Continuing.
next

Catchpoint 1 (exception thrown), 0x00007ffff7e81762 in __cxa_throw ()
   from /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
(gdb) up
#1  0x0000555555555287 in main () at main.cpp:8
8             throw 100;
(gdb) 

如上所示,借助 catch 命令设置了一个捕获断点,该断点用于监控 throw int 事件,只要发生程序就会暂停执行。由此当程序执行时,其会暂停至 libstdc++ 库中的某个位置,借助 up 指令我们可以得知该异常发生在源代码文件中的位置。

同理,我们也可以监控 main.cpp 程序中发生的  catch event 事件:

(gdb) catch catch int
Catchpoint 1 (catch)
(gdb) r
Starting program: ~/demo/main.exe

Catchpoint 1 (exception caught), 0x00007ffff7e804d3 in __cxa_begin_catch ()
   from /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
(gdb) up
#1  0x00005555555552d0 in main () at main.cpp:9
9         }catch(int e){
(gdb) c
Continuing.
next

Catchpoint 1 (exception caught), 0x00007ffff7e804d3 in __cxa_begin_catch ()
   from /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
(gdb) up
#1  0x00005555555552d0 in main () at main.cpp:9
9         }catch(int e){
(gdb)


甚至于,在个别场景中,还可以使用 catch 命令监控 C、C++ 程序动态库的加载和卸载。就以 main.exe 为例,其运行所需加载的动态库可以使用 ldd 命令查看,例如:

[root@bogon demo]# ldd main.exe
linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fffbc1ff000)
libstdc++.so.6 => /usr/lib64/libstdc++.so.6 (0x0000003e75000000)
libm.so.6 => /lib64/libm.so.6 (0x00000037eee00000)
libgcc_s.so.1 => /lib64/libgcc_s.so.1 (0x0000003e74c00000)
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00000037ee200000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00000037eda00000)


就以监控 libstdc++.so.6 为例,在 GDB 调试器中,通过执行如下指令,即可监控该动态库的加载:

(gdb) catch load libstdc++.so.6
Catchpoint 1 (load)
(gdb) r
Starting program: ~/demo/main.exe

Catchpoint 1
  Inferior loaded /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
    /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1
    /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
    /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6
0x00007ffff7fd37a5 in ?? () from /lib64/ld-linux-x86-64.so.2

以上实例仅演示了 catch 命令的用法,而 tcatch 命令的语法格式和 catch 完全相同,读者可自行尝试使用 tcatch 命令,观察它的功能。

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