高效C/C++调试
目 录
第1章 调试符号和调试器 1
1.1 调试符号 1
1.1.1 调试符号概览 2
1.1.2 DWARF格式 3
1.2 实战故事1：数据类型的不一致 14
1.3 调试器的内部结构 16
1.3.1 用户界面 16
1.3.2 符号管理模块 16
1.3.3 目标管理模块 17
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第1章 调试符号和调试器 1
1.1 调试符号 1
1.1.1 调试符号概览 2
1.1.2 DWARF格式 3
1.2 实战故事1：数据类型的不一致 14
1.3 调试器的内部结构 16
1.3.1 用户界面 16
1.3.2 符号管理模块 16
1.3.3 目标管理模块 17
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严琦 毕业于中国科技大学和美国伦斯勒理工学院。 毕业后近三十年里曾先后任职于五家软件技术公司从事技算机编程工作，从初级程序员成长为一个中等规模的软件公司的首席架构师，涉及包括嵌入式系统，有限元分析，计算机辅助设计，商业智能系统等领域，致力于微处理器，编译器，服务器，系统内核等技术。作者有多项开源项目在实际应用中受到公司内外的肯定和感谢，在工作中申请并获批一项软件专利，并有另一项专利在审批中。 卢宪廷 本科毕业于天津大学，研究生东南大学。目前在微策略软件担任高级软件工程师，负责设计和开发优化企业全域搜索引擎；专注于高稳定/事件驱动异步架构/C＋＋ /Rust编程。
《高效C/C ＋＋调试》是关于软件调试技术的深度探索，融合了作者的实践智慧。书中不仅指导读者如何使用专业的调试工具，还介绍了如何宏观和微观地分析问题，并最大限度地发挥调试器功能。此外，书中还深入解读了调试背后的技术原理，如调试符号、内存管理及系统内核对内存的操作机制，以揭示内存管理的关键性和复杂性。
除了介绍基础概念外，本书还涵盖了许多增强调试能力的工具与插件。尽管焦点集中在C/C＋＋ ，但其中的策略与技巧具有普适性，适用于多种编程语境。内容包括从内存泄漏预防调试、Linux下的eBPF和strace调试方法，到Kubernetes容器调试，再到C 20的协程与崩溃信息收集策略。
《高效C/C ＋＋调试》主要面向具有C/C ＋＋编程基础的读者，同时也非常适合对软件技术原理有深入探索兴趣的读者以及追求高效调试技巧的开发人员。
除了介绍基础概念外，本书还涵盖了许多增强调试能力的工具与插件。尽管焦点集中在C/C＋＋ ，但其中的策略与技巧具有普适性，适用于多种编程语境。内容包括从内存泄漏预防调试、Linux下的eBPF和strace调试方法，到Kubernetes容器调试，再到C 20的协程与崩溃信息收集策略。
《高效C/C ＋＋调试》主要面向具有C/C ＋＋编程基础的读者，同时也非常适合对软件技术原理有深入探索兴趣的读者以及追求高效调试技巧的开发人员。
目 录
第1章 调试符号和调试器 1
1.1 调试符号 1
1.1.1 调试符号概览 2
1.1.2 DWARF格式 3
1.2 实战故事1：数据类型的不一致 14
1.3 调试器的内部结构 16
1.3.1 用户界面 16
1.3.2 符号管理模块 16
1.3.3 目标管理模块 17
1.4 技巧和注意事项 21
1.4.1 特殊的调试符号 21
1.4.2 改变执行及其副作用 24
1.4.3 符号匹配的自动化 25
1.4.4 后期分析 26
1.4.5 内存保护 27
1.4.6 断点不工作 27
1.5 本章小结 28
第2章 堆数据结构 29
2.1 理解内存管理器 30
2.1.1 ptmalloc 31
2.1.2 TCMalloc 34
2.1.3 多个堆 38
2.2 利用堆元数据 39
2.3 本章小结 42
第3章 内存损坏 43
3.1 内存是怎么损坏的 44
3.1.1 内存溢出与下溢 44
3.1.2 访问释放的内存 45
3.1.3 使用未初始化的值 46
3.2 调试内存损坏 47
3.2.1 初始调查 49
3.2.2 内存调试工具 53
3.2.3 堆与栈内存损坏对比 53
3.2.4 工具箱 54
3.3 实战故事2：神秘的字节序转换 55
3.3.1 症状 55
3.3.2 分析和调试 56
3.3.3 错误和有价值的点 64
3.4 实战故事3：覆写栈变量 65
3.4.1 症状 65
3.4.2 分析和调试 65
3.5 本章小结 68
第4章 C 对象布局 69
4.1 对齐和大小端 69
4.1.1 对齐 69
4.1.2 大小端 70
4.2 C 对象布局 71
4.3 实战故事4：访问已经释放的数据 94
4.3.1 症状 94
4.3.2 分析和调试 94
4.4 搜索引用树 95
4.5 本章小结 101
第5章 优化后的二进制 102
5.1 调试版和发行版的区别 102
5.2 调试优化代码的挑战 106
5.3 汇编代码介绍 108
5.3.1 寄存器 109
5.3.2 指令集 111
5.3.3 程序汇编的结构 113
5.3.4 函数调用习惯 116
5.4 分析优化后的代码 127
5.5 调试优化后的代码示例 130
5.6 本章小结 141
第6章 进程镜像 142
6.1 二进制文件格式 144
6.2 运行期加载和链接 148
6.3 进程映射表 153
6.3.1 可执行文件 154
6.3.2 共享库 156
6.3.3 线程栈 157
6.3.4 无名区域 157
6.3.5 拦截 158
6.3.6 链接时替换 158
6.3.7 预先加载代理函数 159
6.3.8 修改导入和导出表 159
6.3.9 对目标函数进行手术改变 164
6.3.10 核心转储文件格式 166
6.3.11 核心转储文件分析工具 169
6.4 本章小结 170
第7章 调试多线程程序 171
7.1 竞争条件 171
7.2 它是竞争条件吗 172
7.3 调试竞争条件 174
7.4 实战故事5：记录重要区域 175
7.4.1 症状 175
7.4.2 分析调试 175
7.5 死锁 177
7.6 本章小结 179
第8章 更多调试方法 180
8.1 重现错误 180
8.1.1 归因 181
8.1.2 收集环境信息 182
8.1.3 重建环境 184
8.2 防止未来的bug 184
8.2.1 知识保留和传递 185
8.2.2 增强提前检查 185
8.2.3 编写更好调试的代码 185
8.3 不要忘记这些调试规则 189
8.3.1 分治法 189
8.3.2 退一步，获取新的观点 189
8.3.3 保留调试历史 190
8.4 逆向调试 190
8.4.1 rr：Record and Replay 191
8.4.2 rr注意事项 191
8.5 本章小结 192
第9章 拓展调试器能力 193
9.1 使用Python拓展GDB 193
9.1.1 美化输出 194
9.1.2 编写自己的美观打印器 195
9.1.3 将重复的工作变成一个命令 197
9.1.4 更快地调试bug 198
9.1.5 使用Python设置断点 200
9.1.6 通过命令行来启动程序和设置断点 203
9.2 GDB自定义命令 203
9.3 本章小结 206
第10章 内存调试工具 207
10.1 ptmalloc’s MALLOC_CHECK_ 208
10.2 Google Address Sanitizer 212
10.3 AccuTrak 213
10.4 有效地调试内存损坏 225
10.5 实战故事6：内存管理器的崩溃问题 228
10.5.1 症状 229
10.5.2 分析和调试 229
10.6 本章小结 235
第11章 Core Analyzer 236
11.1 使用示例 237
11.2 主要功能 239
11.2.1 搜索引用的对象（水平搜索） 239
11.2.2 查询地址及其底层对象（垂直搜索） 240
11.2.3 内存模式分析 241
11.2.4 查询堆内存块 242
11.2.5 堆遍历（检查整个堆以发现损坏并获取内存使用统计） 242
11.3 本章小结 246
第12章 更多调试工具 247
12.1 strace 247
12.1.1 常用功能 247
12.1.2 常用附加选项 248
12.2 实战故事7：僵尸进程 248
12.2.1 遇到难题 248
12.2.2 揭示bug的真相 249
12.3 Perf 249
12.4 eBPF 250
12.4.1 准备环境 251
12.4.2 编写代码 251
12.4.3 编译程序 252
12.4.4 加载和运行程序 254
12.5 实战故事8：链接问题 255
12.5.1 切入 255
12.5.2 更奇怪的事情 258
12.5.3 柳暗花明 259
12.5.4 补充 260
12.5.5 结论 261
12.6 实战故事9：临时变量的生命周期 261
12.7 本章小结 264
第13章 崩溃发送机制 265
13.1 客户端 266
13.2 远程报告收集服务器 267
13.3 终端集成器 268
13.4 本章小结 268
第14章 内存泄漏 269
14.1 为什么RAII是基石 269
14.2 分析 270
14.3 调试内存泄漏 273
14.4 本章小结 275
第15章 协程 276
15.1 C 协程 277
15.2 协程的切分点 279
15.3 协程之诺 281
15.4 本章小结 283
第16章 远程调试 284
16.1 GDB远程调试 285
16.2 Visual Studio远程调试 286
16.3 本章小结 287
第17章 容器世界 288
17.1 容器示例 288
17.2 容器应用 289
17.3 C/C 容器调试 291
17.4 实战故事10：CrashLoopBackOff 292
17.5 实战故事11：liveness failure 292
17.6 本章小结 294
第18章 尽量不要调试程序 295
18.1 借助编译器来提前发现错误 295
18.2 编写简短的实验代码 295
18.3 日志和监控 296
18.3.1 日志 296
18.3.2 监控 297
18.4 遵循最佳编码实践 297
18.5 本章小结 298
附录A 调试混合语言 299
附录B 在Windows/x86环境下进行程序调试 301
B.1 PE文件格式 301
B.2 Windows Minidump格式 306
附录C 一个简单的C coroutine程序 309
^ 收 起
第1章 调试符号和调试器 1
1.1 调试符号 1
1.1.1 调试符号概览 2
1.1.2 DWARF格式 3
1.2 实战故事1：数据类型的不一致 14
1.3 调试器的内部结构 16
1.3.1 用户界面 16
1.3.2 符号管理模块 16
1.3.3 目标管理模块 17
1.4 技巧和注意事项 21
1.4.1 特殊的调试符号 21
1.4.2 改变执行及其副作用 24
1.4.3 符号匹配的自动化 25
1.4.4 后期分析 26
1.4.5 内存保护 27
1.4.6 断点不工作 27
1.5 本章小结 28
第2章 堆数据结构 29
2.1 理解内存管理器 30
2.1.1 ptmalloc 31
2.1.2 TCMalloc 34
2.1.3 多个堆 38
2.2 利用堆元数据 39
2.3 本章小结 42
第3章 内存损坏 43
3.1 内存是怎么损坏的 44
3.1.1 内存溢出与下溢 44
3.1.2 访问释放的内存 45
3.1.3 使用未初始化的值 46
3.2 调试内存损坏 47
3.2.1 初始调查 49
3.2.2 内存调试工具 53
3.2.3 堆与栈内存损坏对比 53
3.2.4 工具箱 54
3.3 实战故事2：神秘的字节序转换 55
3.3.1 症状 55
3.3.2 分析和调试 56
3.3.3 错误和有价值的点 64
3.4 实战故事3：覆写栈变量 65
3.4.1 症状 65
3.4.2 分析和调试 65
3.5 本章小结 68
第4章 C 对象布局 69
4.1 对齐和大小端 69
4.1.1 对齐 69
4.1.2 大小端 70
4.2 C 对象布局 71
4.3 实战故事4：访问已经释放的数据 94
4.3.1 症状 94
4.3.2 分析和调试 94
4.4 搜索引用树 95
4.5 本章小结 101
第5章 优化后的二进制 102
5.1 调试版和发行版的区别 102
5.2 调试优化代码的挑战 106
5.3 汇编代码介绍 108
5.3.1 寄存器 109
5.3.2 指令集 111
5.3.3 程序汇编的结构 113
5.3.4 函数调用习惯 116
5.4 分析优化后的代码 127
5.5 调试优化后的代码示例 130
5.6 本章小结 141
第6章 进程镜像 142
6.1 二进制文件格式 144
6.2 运行期加载和链接 148
6.3 进程映射表 153
6.3.1 可执行文件 154
6.3.2 共享库 156
6.3.3 线程栈 157
6.3.4 无名区域 157
6.3.5 拦截 158
6.3.6 链接时替换 158
6.3.7 预先加载代理函数 159
6.3.8 修改导入和导出表 159
6.3.9 对目标函数进行手术改变 164
6.3.10 核心转储文件格式 166
6.3.11 核心转储文件分析工具 169
6.4 本章小结 170
第7章 调试多线程程序 171
7.1 竞争条件 171
7.2 它是竞争条件吗 172
7.3 调试竞争条件 174
7.4 实战故事5：记录重要区域 175
7.4.1 症状 175
7.4.2 分析调试 175
7.5 死锁 177
7.6 本章小结 179
第8章 更多调试方法 180
8.1 重现错误 180
8.1.1 归因 181
8.1.2 收集环境信息 182
8.1.3 重建环境 184
8.2 防止未来的bug 184
8.2.1 知识保留和传递 185
8.2.2 增强提前检查 185
8.2.3 编写更好调试的代码 185
8.3 不要忘记这些调试规则 189
8.3.1 分治法 189
8.3.2 退一步，获取新的观点 189
8.3.3 保留调试历史 190
8.4 逆向调试 190
8.4.1 rr：Record and Replay 191
8.4.2 rr注意事项 191
8.5 本章小结 192
第9章 拓展调试器能力 193
9.1 使用Python拓展GDB 193
9.1.1 美化输出 194
9.1.2 编写自己的美观打印器 195
9.1.3 将重复的工作变成一个命令 197
9.1.4 更快地调试bug 198
9.1.5 使用Python设置断点 200
9.1.6 通过命令行来启动程序和设置断点 203
9.2 GDB自定义命令 203
9.3 本章小结 206
第10章 内存调试工具 207
10.1 ptmalloc’s MALLOC_CHECK_ 208
10.2 Google Address Sanitizer 212
10.3 AccuTrak 213
10.4 有效地调试内存损坏 225
10.5 实战故事6：内存管理器的崩溃问题 228
10.5.1 症状 229
10.5.2 分析和调试 229
10.6 本章小结 235
第11章 Core Analyzer 236
11.1 使用示例 237
11.2 主要功能 239
11.2.1 搜索引用的对象（水平搜索） 239
11.2.2 查询地址及其底层对象（垂直搜索） 240
11.2.3 内存模式分析 241
11.2.4 查询堆内存块 242
11.2.5 堆遍历（检查整个堆以发现损坏并获取内存使用统计） 242
11.3 本章小结 246
第12章 更多调试工具 247
12.1 strace 247
12.1.1 常用功能 247
12.1.2 常用附加选项 248
12.2 实战故事7：僵尸进程 248
12.2.1 遇到难题 248
12.2.2 揭示bug的真相 249
12.3 Perf 249
12.4 eBPF 250
12.4.1 准备环境 251
12.4.2 编写代码 251
12.4.3 编译程序 252
12.4.4 加载和运行程序 254
12.5 实战故事8：链接问题 255
12.5.1 切入 255
12.5.2 更奇怪的事情 258
12.5.3 柳暗花明 259
12.5.4 补充 260
12.5.5 结论 261
12.6 实战故事9：临时变量的生命周期 261
12.7 本章小结 264
第13章 崩溃发送机制 265
13.1 客户端 266
13.2 远程报告收集服务器 267
13.3 终端集成器 268
13.4 本章小结 268
第14章 内存泄漏 269
14.1 为什么RAII是基石 269
14.2 分析 270
14.3 调试内存泄漏 273
14.4 本章小结 275
第15章 协程 276
15.1 C 协程 277
15.2 协程的切分点 279
15.3 协程之诺 281
15.4 本章小结 283
第16章 远程调试 284
16.1 GDB远程调试 285
16.2 Visual Studio远程调试 286
16.3 本章小结 287
第17章 容器世界 288
17.1 容器示例 288
17.2 容器应用 289
17.3 C/C 容器调试 291
17.4 实战故事10：CrashLoopBackOff 292
17.5 实战故事11：liveness failure 292
17.6 本章小结 294
第18章 尽量不要调试程序 295
18.1 借助编译器来提前发现错误 295
18.2 编写简短的实验代码 295
18.3 日志和监控 296
18.3.1 日志 296
18.3.2 监控 297
18.4 遵循最佳编码实践 297
18.5 本章小结 298
附录A 调试混合语言 299
附录B 在Windows/x86环境下进行程序调试 301
B.1 PE文件格式 301
B.2 Windows Minidump格式 306
附录C 一个简单的C coroutine程序 309
^ 收 起
严琦 毕业于中国科技大学和美国伦斯勒理工学院。 毕业后近三十年里曾先后任职于五家软件技术公司从事技算机编程工作，从初级程序员成长为一个中等规模的软件公司的首席架构师，涉及包括嵌入式系统，有限元分析，计算机辅助设计，商业智能系统等领域，致力于微处理器，编译器，服务器，系统内核等技术。作者有多项开源项目在实际应用中受到公司内外的肯定和感谢，在工作中申请并获批一项软件专利，并有另一项专利在审批中。 卢宪廷 本科毕业于天津大学，研究生东南大学。目前在微策略软件担任高级软件工程师，负责设计和开发优化企业全域搜索引擎；专注于高稳定/事件驱动异步架构/C＋＋ /Rust编程。
《高效C/C ＋＋调试》是关于软件调试技术的深度探索，融合了作者的实践智慧。书中不仅指导读者如何使用专业的调试工具，还介绍了如何宏观和微观地分析问题，并最大限度地发挥调试器功能。此外，书中还深入解读了调试背后的技术原理，如调试符号、内存管理及系统内核对内存的操作机制，以揭示内存管理的关键性和复杂性。
除了介绍基础概念外，本书还涵盖了许多增强调试能力的工具与插件。尽管焦点集中在C/C＋＋ ，但其中的策略与技巧具有普适性，适用于多种编程语境。内容包括从内存泄漏预防调试、Linux下的eBPF和strace调试方法，到Kubernetes容器调试，再到C 20的协程与崩溃信息收集策略。
《高效C/C ＋＋调试》主要面向具有C/C ＋＋编程基础的读者，同时也非常适合对软件技术原理有深入探索兴趣的读者以及追求高效调试技巧的开发人员。
除了介绍基础概念外，本书还涵盖了许多增强调试能力的工具与插件。尽管焦点集中在C/C＋＋ ，但其中的策略与技巧具有普适性，适用于多种编程语境。内容包括从内存泄漏预防调试、Linux下的eBPF和strace调试方法，到Kubernetes容器调试，再到C 20的协程与崩溃信息收集策略。
《高效C/C ＋＋调试》主要面向具有C/C ＋＋编程基础的读者，同时也非常适合对软件技术原理有深入探索兴趣的读者以及追求高效调试技巧的开发人员。
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