С.В. Герасимов, И.В. Машечкин, М.И. Петровский и др. Инструментальные средства разработки ПО в ОС UNIX, страница 3

Данная рекомендация соответствует способуреализации на Си парадигмы модульного программирования,предполагающего разбиение программы на независимые части –модули. Например, если речь идет о программе-редакторе табличныхданных, функции обеспечивающие сохранение таблицы в файл,могут быть помещены в один исходный файл, функции, которыевыводят на экран содержимое таблицы, – в другой файл, функции,которые анализируют ввод пользователя, – в третий.Чем больше переменных объявлено в единице компиляции склассом памяти static вместо класса памяти по умолчанию, темлучше. Программа может быть легче модифицирована, если доступк данным всегда происходит с помощью вызовов функций.

Чемменьше «чужих» переменных использует некоторая единицакомпиляции, тем она проще для понимания.Для каждого .c файла должен существовать интерфейсныйфайл с тем же именем, но суффиксом .h, в котором определяются14переменные, функции, типы данных и пр., которые могутиспользоваться извне данной единицы компиляции.Исходный .c файл должен обязательно подключать свойсобственный .h файл.

В этом случае транслятор обнаружитрассогласования между объявлениями в .h-файлах и определениямив .c файле.Интерфейсный .h файл должен быть обязательно защищён отповторного включения т.н. стражем включения (англ., includeguard):#ifndef __NAME_H__#define __NAME_H__<здесь находится текст файла>#endifЗдесь NAME – это имя файла (без суффикса). Некоторые .hфайлы могут включать другие .h файлы, поэтому, когда программастановится большой, человек не может отследить, какие файлы ужевключались, а какие – ещё нет.

При использовании стражейвключения можно не задумываясь включать в .c файл всезаголовочные файлы, необходимые данной единице компиляции.Защита от повторного включения предотвращает появление ошибоко переопределённых типах, переменных и функциях.В заголовочном файле помещаются макроопределения и типыданных, являющиеся интерфейсом данной единицы компиляции, тоесть необходимые для использования функций и переменных этойединицы компиляции. С классом памяти extern помещаютсянеобходимые переменные и прототипы функций, объявленные всоответствующей единице компиляции.В заголовочный файл никогда не помещаются определенияпеременных с классом памяти, отличным от класса extern, и телафункций.

В заголовочный файл никогда не помещаются прототипыфункций с классом памяти static. Если некоторый тип или константаиспользуются только в теле какой-либо функций и не требуется длякорректного использования функциональности данной единицыкомпиляции другими модулями, этот тип или константа также непомещаются в заголовочный файл.15Отладка в The GNU Project Debugger Отладчик (англ., debugger) – это программа, позволяющаяконтролировать выполнение другой (отлаживаемой) программы.Отладчик позволяет выполнять программу по шагам (пошаговаяотладка), просматривать значения ячеек памяти, устанавливатьточки останова и т. д.Отладчик, разработанный в рамках проекта GNU, называется TheGNU Project Debugger (GDB) (http://www.gnu.org/s/gdb/). Он будетрассмотрен в данном разделе.Отладчик —инструмент, к которому следует прибегать, когдадругие способы найти ошибку в программе (например, просмотрисходных текстов, отладочная печать, изучение логов работыпрограммы) не дали результатов.

Если при разработке программыиспользовано автоматическое тестирование (например, модульноетестирование), и реализована подсистема детального логирования,потребность в использовании отладчика уменьшается. В некоторыхситуациях, например, при поиске ошибок в «боевой» системе,скомпилированной без отладочной информации, отладка программыс помощью отладчика вообще невозможна. Тем не менее, отладчикявляется популярным средством поиска ошибок и умение импользоватьсянеобходимолюбомуквалифицированномуразработчику программного обеспечения.Можно выделить три основных способа использованияотладчика:• запуск исследуемой программы из-под отладчика;• подключение отладчика к работающей программе;• «посмертная» отладка.В первом случае сначала запускается отладчик, настраиваютсяпараметры запускаемой программы, затем отлаживаемая программазапускается под контролем отладчика.Во втором случае отладчик подключается к работающейпрограмме (процессу), которая приостанавливается в некоторойточке. После завершения сеанса отладчик отключается отпрограммы, и программа продолжает выполнение как обычно.16При «посмертной» отладке исследуется т.н.

файл дампапамяти (англ., core dump) программы. Файл дампа памяти содержитзначения ячеек памяти адресного пространства процесса, онсоздается ядром операционной системы (ОС), когда программаполучает сигнал какой-либо «фатальной» ошибки. При посмертнойотладке процесса отлаживаемой программы уже не существует,поэтому возможности отладчика ограничены, тем не менее такаяформа отладки может быть полезна.С помощью отладчика можно отлаживать любой исполняемыйфайл в терминах адресов ОЗУ, регистров ЦП и инструкцийпроцессора, но удобнее вести отладку в терминах языка высокогоуровня (ЯВУ), то есть в терминах операторов ЯВУ, переменных и т.п.

Для этого в скомпилированной программе должна присутствоватьотладочная информация. У компилятора GCC за подключениеотладочной информации отвечает опция -g. Например,gcc -g prog.c -oprogпрограмма в файле marvin.c будет скомпилирована в исполняемыйфайл marvin с отладочной информацией.Рассмотрим подробнее три сценария использования отладчика.Запуск исследуемой программы из­под отладчика При запуске отладчика указывается только исполняемый файлс запускаемой программой.gdb progИсполняемый файл prog будет загружен, но не будет запущен.Отладчик GDB выдаст приглашение ко вводу команды.

Передзапуском программы на выполнение можно задавать точки останова,отслеживаемые переменные. Для запуска программы надовыполнить команду отладчика run. Примерный сценарий работыприведен ниже. Команды, вводимые пользователем, выделеныполужирным шрифтом. Комментарии к вводимым командамвыделены курсивом.$ gcc -g prog.c -oprogкомпилируем с отладочнойинформацией$ gdb progзапускаем отладчикGNU gdb (GDB) Fedora (7.2-51.fc14)17Copyright (C) 2010 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later<http://gnu.org/licenses/gpl.html>This is free software: you are free to change andredistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.Type "show copying"and "show warranty" for details.This GDB was configured as "i686-redhat-linux-gnu".For bug reporting instructions, please see:<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>...Reading symbols from /home/cher/gdb/prog...done.(gdb) b mainустанавливаем точку останова нафункцию mainBreakpoint 1 at 0x80483bd: file prog.c, line 5.(gdb) runзапускаем программу навыполнениеStarting program: /home/cher/gdb/progBreakpoint 1, main () at prog.c:55printf("Hello, I'm Eddie!\n");(gdb)выполнение приостановлено вначале функцию mainПодключение отладчика к работающей программе Иногда предположение о наличии ошибки в программевозникает когда программа уже запущена и работает существенноевремя, а перезапуск программы с начала нецелесообразен.Например, вычислительная программа работает дольше ожидаемоговремени и возникло подозрение, что она зациклилась, или сервернаяпрограмма работает не так, как ожидается.

В этих случаях можноподключиться к работающей программе отладчиком. Отладчик GDBв этом случае запускается с двумя аргументами: первый — это имяисполняемого файла, второй аргумент — число – идентификаторпроцесса (PID). Примерный сценарий работы с отладчикомприведен ниже.$ gdb ./ej-users 7096программа называется ej-users иработает как процесс 7096GNU gdb (GDB) Fedora (7.2-51.fc14)Copyright (C) 2010 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later<http://gnu.org/licenses/gpl.html>18This is free software: you are free to change andredistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.Type "show copying"and "show warranty" for details.This GDB was configured as "i686-redhat-linux-gnu".For bug reporting instructions, please see:<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>...Reading symbols from /home/cher/ejudge/ej-users...done.Attaching to program: /home/cher/ejudge/ej-users, process70960xb78c1424 in __kernel_vsyscall ()выполнениепрограммы приостановлено в этой точке(gdb) btпечатаем стек вызовов функций#0 0xb78c1424 in __kernel_vsyscall ()#1 0x00a8788d in ___newselect_nocancel ()at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:82#2 0x0806e502 in do_work () at userlist-server.c:10244#3 0x0806fee5 in main (argc=5, argv=0xbfb06754) atuserlist-server.c:10816(gdb) up 2поднимаемся на два уровня вверх постеку вызовов#2 0x0806e502 in do_work () at userlist-server.c:1024410244val = select(max_fd, &rset, &wset, NULL,&timeout);(gdb) p max_fdпечатаем значение переменной max_fd$1 = 7значение переменной равно 7(gdb) quitзавершаем отладкуA debugging session is active.Inferior 1 [process 7096] will be detached.Quit anyway? (y or n) yподтверждаем завершениеотладки, программа продолжит выполнениеDetaching from program: /home/cher/ejudge/ej-users,process 7096$«Посмертная» отладка После аварийного завершения программы, например, врезультате попытки доступа к области памяти, не принадлежащейпроцессу, либо при делении на 0, либо при вызове функции abort(),19еще остается возможность узнать состояние, в котором находиласьпрограмма в момент ошибки.Для этого при аварийном завершении программы ядром ОСдолжен быть сгенерирован файл дампа памяти аварийнозавершившейся программы (так называемый core-файл).