除錯是每個程式設計師都逃不過的宿命！
程式除錯是一件非常考驗耐心的事情，因為除錯過程中經常會需要反覆的修改原始碼，重新編譯、重新部署、重新執行，這個過程通常是非常枯燥和繁瑣的。尤其對於大型專案，光是編譯可能需要幾十分鐘，甚至幾個小時，部署過程則可能更為複雜漫長！
那麼，有沒有一種更高效的除錯手段，可以避免反覆修改程式碼和編譯呢？
這個真的有！本文將介紹一種除錯技巧，可以一邊除錯，一邊修復Bug，能夠在不修改程式碼、不重新編譯的前提下修復BUG，並且驗證解決方案，大幅提高除錯效率！
先看下最終效果吧！
本文預期效果
如下圖，氣泡排序中，有三個常見的BUG：
圖中已經把三個BUG都標註了出來。編譯執行，結果如下：
GDB中執行時：
不管是正常方式執行，還是在GDB中執行，程式都異常終止，無法得到正常結果。
但是，利用本文介紹的除錯技巧，可以利用GDB給這個程式製作一個“熱補丁”，在不修改程式碼、不重新編譯的前提下，解決掉程式中的三個BUG，讓程式正常執行，並得到預期結果！
最終效果，如下圖所示：
所有的黑魔法，都在這個補丁檔案bubble.fix中！
是不是很有趣呢？下面開始介紹！
關於GDB
我之前寫了幾篇文章，專門介紹GDB的一些非常實用卻鮮為人知的高階用法，感興趣的小夥伴可以去翻看下除錯系列專題文章。
GDB的基本用法，相信大家都很熟悉了，就不過多介紹了，直接講重點吧！
Breakpoint Command Lists
GDB支援在斷點觸發後，自動執行使用者預設的一組除錯命令。使用方法：
commands [bp_id...]
command-list
end
其中：
commands是GDB內建關鍵字。bp_id是i(info)命令顯示出來的斷點ID，可以指定多個，也可以不指定。不指定時，預設只對最近一次設定的那個斷點有效。command-list是使用者預設的一組命令，當bp_id指定的斷點被觸發時，GDB會自動執行這些命令。- end表示結束。
簡單來說，就是當bp_id所表示的斷點被觸發時，GDB會自動執行command-list中所指定的命令。
這個功能適用於各種型別的斷點，如breakpoint、watchpoint、catchpoint等。
適用場景舉例
利用GDB的breakpoint commands lists這個特性可以做很多有趣的事情，本文僅列舉其中的幾個。
隨時隨地printf，不需修改程式碼和重新編譯
我之前寫過一篇文章，詳細介紹過GDB的動態列印(Dynamic Printf)功能，可以用dprintf命令在程式碼的任意地方設定動態列印斷點，並自動進行格式化列印。相當於在不修改程式碼，不重新編譯的情況下，可以讓你隨意新增printf列印日誌資訊。
利用GDB的breakpoint commands lists，可以實現一樣的功能，而且除了格式化列印之外，還可以做其它更多的操作，比如dump記憶體，dump暫存器等。
修改程式執行邏輯
在GDB中可以做很多有趣的事情，比如修改變數、修改暫存器、呼叫函式等。結合breakpoint command list功能，可以在除錯的同時，修改程式執行邏輯，給程式打上"熱補丁"。從而可以在除錯過程中，快速修復Bug和驗證解決方案，避免重新修改程式碼和重新編譯，大大提高程式除錯的效率！
這也是本文重點講解的場景，稍後會演示如何利用這個功能，在除錯的過程中，不修改程式碼，就能修復掉上文氣泡排序程式中的三個Bug。
進行自動化除錯，提高除錯效率
很多童鞋可能不知道，GDB支援非常強大的指令碼功能，除了GDB自己特定的指令碼外，它甚至還支援Python指令碼！
有了breakpoint commands lists功能，結合GDB支援的指令碼功能，以及自定義命令功能，甚至可以實現除錯自動化。
其他還有很多非常有趣且實用的功能場景，限於篇幅，不再展開，有機會再寫文章專門介紹吧！
接下來，正式開始解決氣泡排序的三個Bug！
給氣泡排序打上"熱補丁"
現在，我們利用GDB的breakpoint command lists功能，給文中的氣泡排序程式打上"熱補丁"，演示如何在不修改原始碼、不重新編譯的前提下，解決掉程式中的三個BUG。
再看一下示例程式：
解決第一個BUG
先解決第22行的BUG：陣列arr元素個數是10，但是傳遞給了bubble_sort()的引數卻是sizeof(arr)，也就是40。
要解決這個BUG，我們只需要把引數修改成正確的值就行了。
我們知道，在x64上，優先採用暫存器傳遞函式引數。那麼，有這幾種方式可以選擇：
- • 把斷點設定在
bubble_sort()入口第一條指令，然後直接修改存放陣列長度n的那個暫存器中的值。 - • 把斷點設定在
bubble_sort()入口處(不必是第一條指令)，在第7行for迴圈之前，把存放陣列長度的變數n的值改掉。 - • 把斷點設定在
main()函式第22行，也就是呼叫bubble_sort()的地方，然後以正確的引數手動呼叫bubble_sort()函式，並利用GDB的jump命令，跳過第22行程式碼的執行。
考慮到有些童鞋對x64 CPU不是非常瞭解，或者對GDB的jump命令不熟悉，我們採用第2種方式。而且，這種方式也更簡單通用。
我們先在bubble_sort()函式設定斷點，然後利用commands命令預設一條命令，把變數n的值修改為10。命令如下：
b bubble_sort
commands 1
set var n=10
end
設定完之後，用run命令開始執行程式。結果如下：
bubble_sort()處的斷點被觸發後，程式暫停，用p(print)命令檢視變數n的值，已經被修改成了正確的值：10。
可見，我們的設定是有效的。
斷點觸發後，讓程式自動恢復執行
bubble_sort()處斷點被觸發，程式停了下來，修改完變數n的值後，怎麼自動恢復執行呢？
很簡單，只需要在預設的命令中新增一個continue命令就可以了。為了證明我們的設定確實是生效的，在修改變數n的前後，各新增一個格式化列印語句，把變數n的值列印出來：
b bubble_sort
commands 1
printf "The original value of n is %d\n",n
set var n=10
printf "Current value of n is %d\n",n
continue
end
結果如下圖：
從執行結果可以看出，斷點被觸發後，我們預設的語句被正確執行，變數n的值被修改為10，然後程式自動恢復執行。雖然最終程式不會發生segfault了，但列印出來的排序結果仍然是錯的！不著急，還有兩個BUG沒解決呢！
到此，第一個BUG已經解決了。
解決第二個BUG
下面，開始解決第7行的陣列訪問越界BUG：陣列的元素個數是n，但是bubble_sort()中第一個for迴圈的終止條件是i<=n，明顯會造成訪問越界，正確的條件應該是i<n。
要解決這個BUG也很簡單，只需要在執行第8行程式碼之前，判斷如果i的值等於n，就跳出迴圈。對於這個簡單的程式，我們直接從bubble_sort()函式return就可以了。
命令如下：
b 8 if i==n
command 2
printf "Current i = %d, n = %d\n",i,n
return
continue
end
在第8行設定條件斷點，當i==n時斷點被觸發，然後自動把i和n的值列印出來，再行return命令，從bubble_sort()返回，然後continue命令自動恢復程式執行。
執行結果如下圖：
解決第三個BUG
下面，解決最後一個BUG，第23行陣列訪問越界錯誤：陣列arr的長度應該是10，不是sizeof(arr)。
解決思路與第二個BUG類似，在第24行設定條件斷點，當i==10時觸發斷點，然後用jump命令跳出迴圈，讓程式跳轉到第26行繼續執行。命令如下：
b 24 if i==10
commands 3
printf "i=%d, exit from for loop!\n",i
jump 26
continue
end
執行結果如下圖所示：
從圖中可以看出，三個斷點全部被觸發，並且預設的命令都正常執行。最終程式正常結束，我們終於得到了正確的執行結果！
雖然，現在程式可以正常執行了，但每次都要手動輸入這麼多命令，想想都覺得麻煩！我之前文章介紹過，GDB支援除錯指令碼，可以從指令碼中載入並執行除錯命令。
下面，利用GDB指令碼，來製作我們的“熱補丁”檔案。
製作"熱補丁"指令碼
把上文中用來解決三個BUG的命令儲存在一個指令碼檔案中：
vi bubble.fix
指令碼內容如下圖：
bubble.fix指令碼中的命令，與上文在GDB中直接輸入的命令有幾個區別：
- • 刪除了格式化列印資訊。
- • 刪除了
commands後面的斷點ID。上文講過，commands後面的斷點ID可以省略，表示對最近一次設定的斷點有效。為了讓指令碼更加通用，每個commands都緊跟在break命令之後，因此直接省略了斷點ID。
GDB的指令碼可以透過兩種方式執行：
- • 啟動GDB時，用
-x引數指定要執行的指令碼檔案。 - • 啟動GDB後，執行
source命令執行指定的指令碼。
下面，我們用第二種方式演示一下，如下圖所示：
使用source命令載入並執行bubble.fix，然後用run命令執行程式，三個斷點均被觸發，且預設的命令全部被正確執行，最後程式執行正常，得到期望的結果！
我們現在可以利用我們製作的"熱補丁"指令碼，在不修改程式碼、不重新編譯和部署的前提下，成功修復程式中的BUG！是不是很有趣呢？
不過，做到這種程度，還是有點瑕疵。雖然得到了正確的結果，但程式執行時，總是會列印斷點資訊，造成視覺干擾，作為典型的"偽完美主義者"，這怎麼能忍！
最後，我們來解決這個問題，讓我們的"熱補丁"更加完美！
最佳化"熱補丁"指令碼，隱藏斷點資訊
在預設的命令中，如果第一條命令是silent，斷點被觸發的列印資訊會被遮蔽掉。
我們把bubble.fix做些修改，把silent命令加進去，如下圖所示：
此外，在最後面加了一個run命令，這樣就不用每次手動執行了。
然後，我們換一種方式來執行：
這樣，看起來，清爽多了！
到此，我們終於實現了最終的目標：一邊debug，一邊修復BUG，並驗證解決方案，避免反覆修改程式碼、重新編譯和部署、提高除錯效率！
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