我們在用C/C++語言寫程序的時侯，內存管理的絕大部分工作都是需要我們來做的。實際上，內存管理是一個比較繁瑣的工作，無論你多高明，經驗多豐富，難免會在此處犯些小錯誤，而通常這些錯誤又是那么的淺顯而易于消除。但是手工“除蟲”（debug），往往是效率低下且讓人厭煩的，本文將就"段錯誤"這個內存訪問越界的錯誤談談如何快速定位這些"段錯誤"的語句。
下面將就以下的一個存在段錯誤的程序介紹幾種調試方法：
1 dummy_function (void)
2 {
3 unsigned char *ptr = 0x00;
4 *ptr = 0x00;
5 }
6
7 int main (void)
8 {
9 dummy_function ();
10
11 return 0;
12 }
|
作為一個熟練的C/C++程序員，以上代碼的bug應該是很清楚的，因為它嘗試操作地址為0的內存區域，而這個內存區域通常是不可訪問的禁區，當然就會出錯了。我們嘗試編譯運行它:
xiaosuo@gentux test $ ./a.out
段錯誤
|
果然不出所料，它出錯并退出了。
1.利用gdb逐步查找段錯誤:這種方法也是被大眾所熟知并廣泛采用的方法，首先我們需要一個帶有調試信息的可執行程序，所以我們加上“-g -rdynamic"的參數進行編譯，然后用gdb調試運行這個新編譯的程序,具體步驟如下:
xiaosuo@gentux test $ gcc -g -rdynamic d.c
xiaosuo@gentux test $ gdb ./a.out
GNU gdb 6.5
Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i686-pc-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/libthread_db.so.1".
(gdb) r
Starting program: /home/xiaosuo/test/a.out
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x08048524 in dummy_function () at d.c:4
4 *ptr = 0x00;
(gdb)
|
哦？！好像不用一步步調試我們就找到了出錯位置d.c文件的第4行，其實就是如此的簡單。
從這里我們還發現進程是由于收到了SIGSEGV信號而結束的。通過進一步的查閱文檔(man 7 signal)，我們知道SIGSEGV默認handler的動作是打印”段錯誤"的出錯信息，并產生Core文件，由此我們又產生了方法二。
2.分析Core文件：Core文件是什么呢？
| The default action of certain signals is to cause a process to terminate and produce a core dump file, a disk file containing an image of the process's memory at the time of termination. A list of the signals which cause a process to dump core can be found in signal(7). |
以上資料摘自man page(man 5 core)。不過奇怪了，我的系統上并沒有找到core文件。后來，憶起為了漸少系統上的拉圾文件的數量（本人有些潔癖，這也是我喜歡Gentoo的原因之一），禁止了core文件的生成，查看了以下果真如此，將系統的core文件的大小限制在512K大小，再試:
xiaosuo@gentux test $ ulimit -c
0
xiaosuo@gentux test $ ulimit -c 1000
xiaosuo@gentux test $ ulimit -c
1000
xiaosuo@gentux test $ ./a.out
段錯誤 (core dumped)
xiaosuo@gentux test $ ls
a.out core d.c f.c g.c pango.c test_iconv.c test_regex.c
|
core文件終于產生了，用gdb調試一下看看吧:
xiaosuo@gentux test $ gdb ./a.out core
GNU gdb 6.5
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This GDB was configured as "i686-pc-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/libthread_db.so.1".
warning: Can't read pathname for load map: 輸入/輸出錯誤.
Reading symbols from /lib/libc.so.6...done.
Loaded symbols for /lib/libc.so.6
Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done.
Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2
Core was generated by `./a.out'.
Program terminated with signal 11, Segmentation fault.
#0 0x08048524 in dummy_function () at d.c:4
4 *ptr = 0x00;
|
哇，好歷害，還是一步就定位到了錯誤所在地，佩服一下Linux/Unix系統的此類設計。
接著考慮下去，以前用windows系統下的ie的時侯，有時打開某些網頁，會出現“運行時錯誤”，這個時侯如果恰好你的機器上又裝有windows的編譯器的話，他會彈出來一個對話框，問你是否進行調試，如果你選擇是，編譯器將被打開，并進入調試狀態，開始調試。
Linux下如何做到這些呢？我的大腦飛速地旋轉著，有了，讓它在SIGSEGV的handler中調用gdb，于是第三個方法又誕生了:
3.段錯誤時啟動調試:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
void dump(int signo)
{
char buf[1024];
char cmd[1024];
FILE *fh;
snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%d/cmdline", getpid());
if(!(fh = fopen(buf, "r")))
exit(0);
if(!fgets(buf, sizeof(buf), fh))
exit(0);
fclose(fh);
if(buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
snprintf(cmd, sizeof(cmd), "gdb %s %d", buf, getpid());
system(cmd);
exit(0);
}
void
dummy_function (void)
{
unsigned char *ptr = 0x00;
*ptr = 0x00;
}
int
main (void)
{
signal(SIGSEGV, &dump);
dummy_function ();
return 0;
}
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編譯運行效果如下:
xiaosuo@gentux test $ gcc -g -rdynamic f.c
xiaosuo@gentux test $ ./a.out
GNU gdb 6.5
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There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i686-pc-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/libthread_db.so.1".
Attaching to program: /home/xiaosuo/test/a.out, process 9563
Reading symbols from /lib/libc.so.6...done.
Loaded symbols for /lib/libc.so.6
Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done.
Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2
0xffffe410 in __kernel_vsyscall ()
(gdb) bt
#0 0xffffe410 in __kernel_vsyscall ()
#1 0xb7ee4b53 in waitpid () from /lib/libc.so.6
#2 0xb7e925c9 in strtold_l () from /lib/libc.so.6
#3 0x08048830 in dump (signo=11) at f.c:22
#4 <signal handler called>
#5 0x0804884c in dummy_function () at f.c:31
#6 0x08048886 in main () at f.c:38
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怎么樣？是不是依舊很酷？
以上方法都是在系統上有gdb的前提下進行的，如果沒有呢？其實glibc為我們提供了此類能夠dump棧內容的函數簇，詳見/usr/include/execinfo.h（這些函數都沒有提供man page，難怪我們找不到），另外你也可以通過
gnu的手冊進行學習。
4.利用backtrace和objdump進行分析:重寫的代碼如下:
#include <execinfo.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
/* A dummy function to make the backtrace more interesting. */
void
dummy_function (void)
{
unsigned char *ptr = 0x00;
*ptr = 0x00;
}
void dump(int signo)
{
void *array[10];
size_t size;
char **strings;
size_t i;
size = backtrace (array, 10);
strings = backtrace_symbols (array, size);
printf ("Obtained %zd stack frames.\n", size);
for (i = 0; i < size; i++)
printf ("%s\n", strings[i]);
free (strings);
exit(0);
}
int
main (void)
{
signal(SIGSEGV, &dump);
dummy_function ();
return 0;
}
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編譯運行結果如下：
xiaosuo@gentux test $ gcc -g -rdynamic g.c
xiaosuo@gentux test $ ./a.out
Obtained 5 stack frames.
./a.out(dump+0x19) [0x80486c2]
[0xffffe420]
./a.out(main+0x35) [0x804876f]
/lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xe6) [0xb7e02866]
./a.out [0x8048601]
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這次你可能有些失望,似乎沒能給出足夠的信息來標示錯誤,不急,先看看能分析出來什么吧,用objdump反匯編程序,找到地址0x804876f對應的代碼位置:
xiaosuo@gentux test $ objdump -d a.out
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8048765: e8 02 fe ff ff call 804856c <signal@plt>
804876a: e8 25 ff ff ff call 8048694 <dummy_function>
804876f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
8048774: c9 leave
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我們還是找到了在哪個函數(dummy_function)中出錯的,信息已然不是很完整,不過有總比沒有好的啊!
后記:本文給出了分析"段錯誤"的幾種方法,不要認為這是與孔乙己先生的"回"字四種寫法一樣的哦,因為每種方法都有其自身的適用范圍和適用環境,請酌情使用,或遵醫囑。