调试是软件开发过程中不可或缺的一环，它能帮助我们找出程序中的错误（Bugs）并理解程序的行为。GDB (GNU Debugger) 和 LLDB (LLVM Debugger) 是两款功能强大的命令行调试器，广泛用于C、C++等语言的程序调试。

一、GDB (GNU Debugger)

GDB 是 GNU 项目的一部分，是类 Unix 系统下最常用的调试器。

1. 编译时加入调试信息

要使用 GDB 调试程序，编译时必须加入调试信息。使用 GCC 编译器时，添加 -g 选项：

 gcc -g my_program.c -o my_program

不加 -g 选项编译出来的程序也能被 GDB 加载，但很多调试功能（如查看源码、变量名等）将无法使用。

2. 启动 GDB

 gdb ./my_program

这将启动 GDB 并加载 my_program 可执行文件。你会看到 GDB 的提示符 (gdb)。

3. GDB 常用命令

• 运行程序 (run, r)
• run [args]: 运行已加载的程序，可以带参数 args。
• start [args]: 开始执行程序，并在 main 函数的第一行停下来。
• 断点 (breakpoint, b)
• break <location> 或 b <location>: 设置断点。
• b main: 在 main 函数入口处设置断点。
• b my_program.c:10: 在 my_program.c 文件的第 10 行设置断点。
• b my_function: 在 my_function 函数入口处设置断点。
• b *0x12345678: 在内存地址 0x12345678 处设置断点。
• info breakpoints 或 i b: 查看已设置的断点信息。
• delete <breakpoint_id> 或 d <breakpoint_id>: 删除指定 ID 的断点。
• clear <location>: 清除指定位置的断点。
• disable <breakpoint_id>: 禁用断点。
• enable <breakpoint_id>: 启用断点。
• tbreak <location>: 设置临时断点，命中一次后自动删除。
• rbreak <regex>: 在所有匹配正则表达式的函数名上设置断点。
• 条件断点: break <location> if <condition>
• b my_program.c:10 if i == 5: 当变量 i 等于 5 时，在第 10 行断点处停下。
• 单步执行 (stepping)
• next 或 n: 执行下一行代码（如果当前行是函数调用，则执行整个函数，不进入函数内部）。
• step 或 s: 执行下一行代码（如果当前行是函数调用，则进入函数内部）。
• finish: 继续执行直到当前函数返回。
• until <location>: 继续执行直到程序到达指定位置（或跳出当前循环）。
• until my_program.c:20
• 继续执行 (continue, c)
• continue 或 c: 继续执行程序，直到遇到下一个断点或程序结束。
• 查看数据 (print, p, display, x)
• print <expression> 或 p <expression>: 打印表达式的值。
• p my_var
• p my_array[0]
• p *my_ptr
• p my_struct.member
• p my_function(arg1, arg2) (会实际调用函数)
• p/x my_var: 以十六进制格式打印。
• p/t my_var: 以二进制格式打印。
• p/c my_var: 以字符格式打印。
• display <expression>: 每次程序暂停时自动打印表达式的值。
• info display: 查看 display 列表。
• undisplay <display_id>: 取消自动显示。
• x/<nfu> <address>: 检查内存内容 (examine)。
• n: 显示的单元数量。
• f: 格式 (如 x 十六进制, d 十进制, s 字符串, i 指令)。
• u: 单元大小 (如 b byte, h halfword, w word, g giant word)。
• x/10wx &my_array: 从 my_array 地址开始，显示 10 个 word (4字节) 的十六进制值。
• 查看栈信息 (backtrace, bt, frame, up, down)
• backtrace 或 bt: 显示当前的函数调用栈。
• bt full: 显示更详细的调用栈信息，包括局部变量。
• frame <frame_num> 或 f <frame_num>: 选择指定的栈帧。栈顶为 0。
• up <n>: 向上移动 n 个栈帧。
• down <n>: 向下移动 n 个栈帧。
• info frame: 显示当前栈帧的详细信息。
• info locals: 显示当前栈帧的局部变量。
• info args: 显示当前栈帧的函数参数。
• 查看源代码 (list, l)
• list 或 l: 显示当前停止点附近的源代码。
• list <line_num>: 显示指定行号附近的源代码。
• list <function_name>: 显示指定函数开始处的源代码。
• list <filename>:<line_num>
• set listsize <count>: 设置 list 命令显示的行数。
• 修改变量值 (set variable)
• set variable <variable_name> = <value>
• set var my_var = 10
• 监视点 (watchpoint)
• watch <expression>: 当表达式的值改变时暂停程序。
• watch my_var
• rwatch <expression>: 当表达式被读取时暂停程序。
• awatch <expression>: 当表达式被读取或写入时暂停程序。
• info watchpoints: 查看监视点。
• GDB TUI (Text User Interface)
• 在 GDB 启动后或运行时，按 Ctrl + x 然后按 a (或者 Ctrl + x Ctrl + a) 可以切换到 TUI 模式。
• TUI 模式会在终端中分割出源码窗口、汇编窗口、命令窗口等。
• Ctrl + x 1: 单窗口模式（源码或汇编）。
• Ctrl + x 2: 双窗口模式（源码/汇编 + 命令）。
• layout src: 显示源码窗口。
• layout asm: 显示汇编窗口。
• layout regs: 显示寄存器窗口。
• focus cmd/src/asm/regs: 切换焦点到不同窗口。
• 其他
• help [command]: 获取帮助信息。
• quit 或 q: 退出 GDB。
• shell <command>: 执行 shell 命令。
• attach <pid>: 附加到已在运行的进程。
• detach: 脱离当前附加的进程。
• set disassembly-flavor intel/att: 设置汇编语法风格 (Intel 或 AT&T)。

4. .gdbinit文件

可以在用户主目录 (~/.gdbinit) 或项目目录 (./.gdbinit) 创建此文件，用于存放 GDB 启动时自动执行的命令，如设置默认的汇编风格、自定义命令等。

 # ~/.gdbinit 示例
 set disassembly-flavor intel
 set history save on
 set history filename ~/.gdb_history
 set print pretty on
 
 # 自动显示源码窗口
 # layout src

二、LLDB (LLVM Debugger)

LLDB 是 LLVM 项目的一部分，是 macOS 上 Clang 编译器的默认调试器，也可用于 Linux 和 Windows。 LLDB 的命令设计上与 GDB 有很多相似之处，但也有些不同。

1. 编译时加入调试信息

使用 Clang 编译器时，同样添加 -g 选项：

 clang -g my_program.c -o my_program

2. 启动 LLDB

 lldb ./my_program

LLDB 启动后会创建一个目标 (target)，并进入 LLDB 提示符 (lldb)。

3. LLDB 常用命令

LLDB 的命令结构通常是 <noun> <verb> [-options] [args]。

• 运行程序
• run [args] 或 process launch [args]
• process launch --stop-at-entry 或 r --stop-at-entry: 类似 GDB 的 start。
• 断点 (breakpoint)
• breakpoint set <options> 或 b <options>
• b main: 在 main 函数设置断点。
• b my_program.c:10: 在文件第 10 行设置断点。
• b -n my_function: 按函数名设置断点。
• b -a 0x12345678: 按地址设置断点。
• breakpoint list 或 br l: 查看断点。
• breakpoint delete <id> 或 br del <id>: 删除断点。
• breakpoint disable <id> / breakpoint enable <id>: 禁用/启用断点。
• 条件断点: breakpoint set --condition <expression> <location>
• b my_program.c:10 -c "i == 5"
• 单步执行 (thread step-...)
• next 或 n 或 thread step-over: 执行下一行（不进入函数）。
• step 或 s 或 thread step-in: 执行下一行（进入函数）。
• finish 或 thread step-out: 执行直到当前函数返回。
• thread until <line_num>: 执行到指定行。
• 继续执行 (continue, c)
• continue 或 c 或 process continue
• 查看数据 (print, p, frame variable, memory read)
• print <expression> 或 p <expression> 或 expr <expression>: 打印表达式的值。
• p my_var
• p/x my_var (十六进制)
• p/t my_var (二进制)
• p (char)my_char_var (字符)
• frame variable [variable_name] 或 fr v [variable_name]: 查看当前栈帧的变量。
• fr v: 查看所有局部变量和参数。
• fr v my_var: 查看特定变量。
• watchpoint set expression <expression>: 设置监视点（当表达式的值改变时）。
• watchpoint set expression my_var
• watchpoint list: 查看监视点。
• watchpoint delete <id>: 删除监视点。
• memory read <address> 或 x <address>: 检查内存内容。
• memory read -fx -c16 -s4 &my_array: 从 my_array 地址开始，以十六进制格式 (-fx) 显示 16 个 (-c16) 4字节 (-s4) 单元。
• 查看栈信息 (thread backtrace, bt, frame select)
• thread backtrace 或 bt: 显示当前线程的函数调用栈。
• frame select <frame_num> 或 fr s <frame_num>: 选择指定的栈帧。
• frame info: 显示当前栈帧信息。
• 查看源代码 (source list, l)
• source list 或 l: 显示当前停止点附近的源代码。
• source list -l <line_num>: 显示指定行号附近的源代码。
• source list -n <function_name>: 显示指定函数开始处的源代码。
• 修改变量值 (expression)
• expression <variable_name> = <value>
• expr my_var = 10
• 其他
• help [command]: 获取帮助信息。
• quit 或 exit: 退出 LLDB。
• platform shell <command>: 执行 shell 命令。
• process attach --pid <pid> 或 attach -p <pid>: 附加到进程。
• detach: 脱离进程。
• settings set target.disassembly-flavor intel/att: 设置汇编风格。

4. .lldbinit文件

与 GDB 类似，LLDB 也有初始化文件：

• ~/.lldbinit: 用户全局的初始化文件。
• ./.lldbinit: 项目目录下的初始化文件（默认可能不加载，需要设置 target.load-cwd-lldbinit true）。

 # ~/.lldbinit 示例
 settings set target.disassembly-flavor intel
 settings set term-colors.enable true
 
 # 命令别名
 command alias py exec

三、GDB 与 LLDB 的简单对比

对于大多数C语言调试任务，两者都能胜任。选择哪个通常取决于个人偏好、操作系统和使用的编译器。

四、调试技巧与策略

0. 理解问题：在开始调试前，尝试复现问题，并明确你期望程序做什么，以及它实际做了什么。
1. 缩小范围：通过二分法或逐步添加打印语句（或断点）来定位问题发生的代码区域。
2. 检查边界条件：很多 bug 发生在数组边界、循环边界、空指针、最大/最小值等情况。
3. 验证假设：使用调试器检查变量的值，验证你对程序状态的假设是否正确。
4. 单步跟踪：仔细地单步执行有问题的代码段，观察变量如何变化。
5. 查看调用栈：当程序崩溃或行为异常时，调用栈可以告诉你错误发生在哪条路径上。
6. 使用条件断点和监视点：对于难以复现或只在特定条件下发生的问题非常有用。
7. 不要害怕阅读汇编：有时，理解底层汇编代码可以帮助发现编译器优化或内存布局导致的问题。
8. 版本控制：当修复 bug 时，确保你的代码在版本控制之下，方便回溯和比较。
9. 编写可测试的代码：单元测试可以帮助你更快地发现和定位 bug。

掌握 GDB 或 LLDB 的基本使用是C程序员必备的技能。通过实践，你会越来越熟练地运用它们来解决各种复杂的程序问题。