用 Python 拓展 GDB(二)

人工智能机器学习

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2018-2-26

欢迎来到《用python拓展gdb》的第二篇。在上一篇,我们学习了gdb提供的常用python接口,并用python实现了自定义命令和调试脚本。
到目前为止,我们都是在用python实现内置DSL(领域特定语言)也能实现的效果。从本篇开始,我们将继续上路,去欣赏内置DSL所缺乏的新风景。
下一站,Pretty-Printer。

什么是Pretty-Printer

当我们在gdb中打印一个类/结构体时,gdb会尝试输出该类型的所有成员和它们的值。对于指针,即是输出指针所指向的地址。如果要想进一步查看指针指向的值,需要使用p *cls->x@range这样的语法,来转换出该地址上对应的值。毕竟,C/C++是一门接近硬件的语言,如果你不指明某个地址上的具体意义,在计算机看来,不过是些字节罢了。
如果你调试过C++的STL容器,就会(惊喜地)发现:gdb并不会把容器里面各种乱七八糟的成员都打印一通,相反它仅仅输出容器里面的数据(除非你使用的gdb版本感人)。这一特性的背后,离不开Pretty-Printer的功劳。Pretty-Printer允许用户使用python给指定类编写自定义的打印方式。事实上,gdb内置了一个python脚本,正是这个脚本决定了STL容器的打印输出。
项目中的某个类太过于复杂?
正在使用某个自定义的数据结构?
想要快速看出某个属性的编码代表什么?
Pretty-Printer可以帮你解决以上所有问题。

实现一个Pretty-Printer

跟自定义命令不同,Pretty-Printer不需要用户去继承某一类,用户编写的Pretty-Printer类仅需要实现指定的方法。你也可以视之为继承接口。
顺便一提,考虑到Pretty-Printer实在太长,请允许我为了偷懒,从下文开始用pprinter来简写之。
用户实现的pprinter会收到一个表示被打印对象的gdb.Value作为构造参数,另外还需要实现一个to_string方法,返回一个字符串作为该对象的打印结果。
这就是pprinter的全部要求了。此外你还可以实现children方法用于输出该类里面复杂成员的值,display_hint方法用于定义输出的样式。
还是老样子,边上代码边解释。
假设我们有如下一个Buffer结构体的定义:

           
struct Buffer {
    int used; /// 已使用的数目
    int free; /// 未使用的数目
    void *data;
    int8_t encoding; /// 当前存储的数据类型
    /* data的类型取决于encoding的值。encoding和data类型的对应关系如下:
       0 -> int8_t
       1 -> int16_t
       2 -> int32_t
       3 -> int64_t
     */
};

现在我们需要编写一个pprinter,它能够输出该Buffer里面的数据,以及Buffer当前的使用程度。

           
# pprinter.py
class BufferPrinter:
    def __init__(self, val):
        "构造函数接收一个表示被打印的Buffer的gdb.Value"
        self.val = val

    def to_string(self):
        """必选。输出打印的结果。
        由于gdb会在调用to_string后调用children,这里我们只输出当前的使用程度。
        具体的数据留在children函数中输出。
        """
        return "used: %d\nfree: %d\n" % (self.val['used'], self.val['free'])

    def _iterate(self, pointer, size, encoding):
        # 根据encoding决定pointer的类型
        typestrs = ['int8_t', 'int16_t', 'int32_t', 'int64_t']
        pointer = pointer.cast(gdb.lookup_type(typestrs[encoding]).pointer())
        for i in range(size):
            elem = pointer.dereference()
            pointer = pointer + 1
            yield ('[%d]' % i, elem)

    def children(self):
        """可选。在to_string后被调用,可用于打印复杂的成员。
        要求返回一个迭代器,该迭代器每次迭代返回(名字,值)形式的元组。
        打印出来的效果类似于“名字 = 值”。
        """
        return self._iterate(self.val['data'],
                             int(self.val['used']), int(self.val['encoding']))

    def display_hint(self):
        """可选。影响输出的样式。
        可选值:array/map/string。
        返回array表示按类似于vector的方式打印。其它选项同理。
        """
        return 'array'

事实上,我们完全可以把children方法打印的内容放到to_string中。下面是等价的代码:(打印的结果有所不同,不过差异不大)

   
    def _iterate(self, pointer, size, encoding):
        ...
            # 以上保持不变
            yield elem

    def to_string(self):
        status = "used: %d\nfree: %d\n" % (self.val['used'], self.val['free'])
        data = '{' + " ".join(self._iterate(self.val['data'], int(self.val['used']),
                              self.val['encoding'])) + '}'
        return status + data

注册Pretty-Printer

接下来是向gdb注册我们自定义的pprinter:

          
def lookup_buffer(val):
    """val是一个gdb.Value的实例,通过type属性来获取它的类型。
    如果类型为Buffer,那么就使用自定义的BufferPrinter。
    """
    if str(val.type) == 'Buffer':
        return BufferPrinter(val)
    return None

gdb.pretty_printers.append(lookup_buffer)

使用效果如下:

         
(gdb) so pprinter.py
(gdb) info pretty-printer
global pretty-printers:
  .*
    bound
  BufferPrinter
(gdb) p buffer
$1 = used: 10
free: 0
data: {512 129 512 129 512 129 512 129 512 129 }

小结

从本篇开始,我们接触了gdb更多的特性,登上了DSL所无法到达的高处。能通过python来自定义打印方式,无疑为gdb的使用打开新的大门。现在,gdb工具箱里又多了项新工具。
项目中的某个类太过于复杂?在pprinter中仅显示关键的成员属性。
正在使用某个自定义的数据结构?通过编写pprinter,我们也能像打印STL容器一样打印出它们的数据。
想要快速看出某个属性的编码代表什么?可以在pprinter中实现编码到可读字符串的转换,正如在示例中,我们从encoding中读出data属性的类型。
下一篇中,我们会谈论另一个内建DSL实现不了的功能——convenience function(可以理解为gdb会话中的内置函数)。敬请期待!
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