GDB如何在运行时评估C++表达式

Question

当我在调试程序时，最近注意到 GDB 有能力在调试程序时评估“复杂”的表达式，我想知道它是如何做到的。例如，给定下面的代码：

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3};
    int k = 0;
    std::cin >> k;
    v.push_back(k);
    return v.at(0);
}

我可以编译程序g++ -g myprogram.cpp并在 GDB 中进行调试，这使我能够输入类似print v.at(4);（在动态输入 k 后打印正确的值）和 print v.at(2) == 3这样的东西，它会计算出真值。

我想知道 GDB 是如何做到这一点的。这个 SO 问题暗示它是"在内存中编译"的某些东西，但没有进一步解释，所以我想知道它是使用了某种 JIT 还是其他什么？他们是在我输入时内联编译代码并运行吗？他们有一个框架来在调试上下文中动态评估 C++ 吗？本质上，我想在我正在编写的调试器中重现此功能，在断点处评估表达式，这就是为什么我很好奇 GDB 如何做到这一点。

- llk

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我不清楚你希望得到什么样的答案。Gdb能够在被调试的程序的上下文中分析C和C++表达式，借助于二进制文件中包含的调试信息，以及可能使用源代码（当可用时）。但您已经知道这一点，详细信息会使这个场所变得冗长。 - John Bollinger

@JohnBollinger 我知道我必须“查看源代码”，但我想知道的是他们如何评估这些表达式。他们是否在我输入代码时将其内联编译并运行？他们是否有一个框架，在调试上下文中动态评估C++？本质上，我想在我编写的调试器中复制这个功能，以便在断点处评估表达式，这就是为什么我很好奇GDB是如何实现的。谢谢！ - llk

你的问题似乎更偏向于C++。我建议你移除C标签。 - tambre

我已经对GDB的源代码进行了一些调查。希望它能对你有所帮助。 - Keyu Gan

Answer 1

简短回答：它不会编译代码。

详细回答：

1. 您调用print命令，该过程在printcmd.c中发生。
2. 它调用evaluate_expression，定义在eval.c中，通过读取目标内存并在gdb内部计算常规运算符来评估表达式，否则使用call_function_by_hand。
3. call_function_by_hand在infcall.c中定义。调用时，该过程会停止目标执行（有时不会，因此可能会使用此功能崩溃多线程程序）。
4. 注入代码到正在调试的程序中。
5. 通过读取内存检索结果，并在必要时取消暂停。

您可以关注call_function_by_hand的代码以更好地理解。

注意：编译与print/call是不同的事情。

- Keyu Gan

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值得一提的是，GDB还具有“编译代码”命令，可以在运行时编译和注入代码，例如请参见：https://dev59.com/1VXTa4cB1Zd3GeqP4LRs#31709579。 - Ciro Santilli OurBigBook.com

Answer 2

这使我能够输入像print v.at(4);这样的东西。

gdb可以调用编译成二进制文件的函数。这正是这里发生的事情。gdb调用了std::vector成员函数at()并为您打印结果，请参见文档。

此外请注意，这是因为您在代码中使用了v.at(0)。如果您删除此部分代码，则v.at()将不会被实例化，并且将不会在生成的二进制文件中可用，以便gdb无法调用它。

- ks1322

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那么GDB并不编译任何东西，而是运行现有代码的部分来评估表达式？GDB使用的是库还是完全以独立方式编码？ - llk

是的，在您发布的示例中可以。但它还可以编译和注入代码，请参阅https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Compiling-and-Injecting-Code.html#Compiling-and-Injecting-Code，尽管我没有使用过这个功能。 - ks1322