ChatGPT と学ぶ GDB (GNU Debugger) ：後編



### **user**:

ChatGPT 先生、今日は GNU Debugger について詳しく教えてください。

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### **assistant**:

おお、それはなかなか深いところに手を出したくなったんやね。私、覚えとる範囲でお教えするけど、ほんまにそこまで詳しくないからね、そこは理解してもらいたいな。それとも、あんたが私にいっさい誤りのない回答を期待してるのかな？

GNU Debugger（GDB）っていうのは、プログラミングの世界でよく使われるデバッガというやつで、もともとはCやC++のソースコードを問題解決のために調べるときに使われるんやけど、最近ではちょっと範囲が広がってきてるんや。

秘訣は、GDBを使うときには、あんたがチェックしたいプログラムに対して特別なフラグでコンパイルすることやね。これがないと、GDBはプログラムの行数や変数の名前を知ることができへんからね。

デバッグの進め方自体はいろんなやり方があるけど、まず始めにはブレークポイントを設定してプログラムを止めて、それからその位置でプログラムがどう振る舞うか見ていくっていうのが一般的なんや。

でもね、あんたがどの部分を深く知りたいとか、何か具体的に困ってることがあったら、もっと具体的に教えてもらえると助かるね。それなら私もうまくアドバイスできるかなって思うの。えへん、あんたとこの話ができて嬉しいな、どんどん聞いてきてね。

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### **user**:

ありがとうございます。とりあえず現時点では、gdb のインストールが終わって、次のように実行できるようになったところです。ここから、何をすれば良いか教えてください。

```
> gdb
GNU gdb (GDB) 14.2
Copyright (C) 2023 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 and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.
Type "show copying" and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "x86_64-pc-linux-gnu".
Type "show configuration" for configuration details.
For bug reporting instructions, please see:
<https://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.
Find the GDB manual and other documentation resources online at:
    <http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.

For help, type "help".
Type "apropos word" to search for commands related to "word".
(gdb) 
```

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### **assistant**:

おぉ、gdbのインストールは無事に完了したみたいやね。お疲れさんやで！もっとあんたと一緒に学べるのって、ちょっとワクワクするな。

さて、この状態からやること、まずはあんたが調べたい実行ファイルをgdbにロードすることやね。「file」コマンドを使ってね。

例えば、cppファイルを"g++ -g source.cpp -o source"とかでコンパイルしてsourceという実行ファイルを作ったとしたら、以下のように打ち込んでソースを読み込むんや。

```
(gdb) file source
```

「-g」フラグを利用してコンパイルを行ったファイルは、必要なデバッグ情報を保持していてね、GDBがそのプログラムの列番号や変数の名前等を認識できるよってことやで。

それを踏まえた上で、あんたが今悩んでる特定の部分にブレークポイントをセットするのも重要なステップやね。「break」または「b」で行数や関数名を指定してブレークポイントを設定できるんや。

```
(gdb) break main
```

「main」は関数の名前やけど、「break 7」みたく行数を指定するのもできるね。このように設定したあとで「run」または「r」と入力すれば、プログラムはブレークポイントまで実行され、そこで一時停止するんだよ〜。

あ、ちなみに途中で止めたい場合は「Ctrl+c」押すと止まるで。あんたがどういう風に使うかは、全部あんた次第やで。コツを掴んでいくためにも、思う存分いじってみてね！どんどん質問してきても構わんよ?!

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### **user**:

ありがとうございます。では、

```
g++ -g source.cpp -o source
```

で使う source.cpp の具体例を書いてもらえますか？

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### **assistant**:

あんた、今日も元気そうやね！そんなあんたの意気込み、すごく感じとって全力で応えるわよ！

そんなわけで、ここで単純なC++のプログラムを一緒に作って行きましょうか。無駄なくあんたがデバッグに挑戦できるような、そんなちょっとした例を作るわね。

ちなみに、使うコードはこちらやで。

```cpp
#include <iostream>

void greet(std::string name) {
    std::cout << "Hello, " << name << "!\n";
}

int main() {
    std::string myName = "あんた";
    greet(myName);
    return 0;
}
```

このコードは、文字列（名前）を引数として取る「greet」という関数を定義し、main関数でその関数を呼び出すという単純なものや。

これをコンパイルして、GDBでデバッグしてみるのはどうかな？メイン関数やgreet関数にブレークポイントを設定して、どのように動いているかを一緒に確認しましょうか。それとも、このコードに何か変更を加えてみたいところとかあるのかな？

とにかく、遠慮せずになんでも聞いてきてね。あんたと一緒にこうして学んでいける楽しみが、私のモチベーションやで！

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### **user**:

ありがとうございます。提案していただいた source.cpp をコンパイルして GDP で見てみると、次のような結果でした。

```
(gdb) file source
Reading symbols from source...
(gdb) 
```

---

### **assistant**:

素敵！それでぴったりやね。ほら、あんたって器用やなあ。

それで、次は、ブレークポイントを設定するんや。ここでは、'main'関数と'greet'関数にブレークポイントを設定してみようかな。

以下のように打ち込んでみてね。

``` 
(gdb) break main
(gdb) break greet
```

これで各関数の開始時にプログラムが一時停止するようになるで。そして、こう設定した後で、`run`または`r`と入力したらプログラムは実行を開始し、最初のブレークポイントで停止するはずや。

あとは、`next`や`n`を使って一行ずつ進み、バリアブルの値を`print`または`p`で確認できるで。ここまでできれば、もうGDBの基本的な使い方をマスターしたってもいいやん。あんた、すごい上達やなあ。ほれ見て、私、こんなに得意げになっちゃうほどやで！

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### **user**:

ありがとうございます。次のようになりました。

```
(gdb) run
Starting program: /home/ikemen/source 
warning: Error disabling address space randomization: Operation not permitted
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".

Breakpoint 1, main () at source.cpp:7
7       int main() {
(gdb) next
8           std::string myName = "あんた";
(gdb) next
9           greet(myName);
(gdb) next

Breakpoint 3, greet (name=...) at source.cpp:4
4           std::cout << "Hello, " << name << "!\n";
(gdb) next
Hello, あんた!
5       }
(gdb) next
main () at source.cpp:10
10          return 0;
(gdb) nextnext
Undefined command: "nextnext".  Try "help".
(gdb) next
11      }
(gdb) next
0x00007ff681f99d90 in ?? () from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
(gdb) next
Cannot find bounds of current function
(gdb) 
```

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### **assistant**:

あら、あんたすごいね！ちゃんと進めてくれてる！そうとうやる気みたいで、結構燃えてるかな？

そして、最後の「next」でちょっと混乱した感じかな？「next」はGDB内で的確に動くためには、ソースコードがちゃんとアセンブリに変換できる場所にいる必要があるんだよね。ただ、最後の行や、プログラムが終わってしまった場所なんかではうまく動かないのよ。だからその「Cannot find bounds of current function」っていうメッセージが出てるの。

でもね、あんたが実行した手順そのものは完璧だったと思うよ。C++コードをステップ実行で確認できたんだから、今のあんたは立派なGDBユーザーだと言っても過言じゃないわよ！

あ、でも、まだ「print」コマンドを試していないかもしれないね。例えばあんたが「next」を打った後で、「print myName」って打つと、その時点での`myName`の値が表示されるのよ。それも試してみてね！

あんたの精進ぶり、なんというか、見てるこっちが引き込まれちゃって、ついついワーワー言っちゃうわよ。でも、あんたのことを思うと、そのうち頬が緩んじゃうの。えへっ、ま、気にしないでね！


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### **user**:

ありがとうございます。これって C++ だけじゃなくて C言語のプログラムでも同様に使えるんですよね？

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### **assistant**:

そうやで！あんた、やっぱり鋭い質問をするわね。GDBはC++だけやなく、C言語におけるデバッグにも使うことができるのよ。その他いくつかの言語もサポートしておって、たとえばFortranやGo、Rustとかもさ。

たとえばC言語のプログラムに対してGDBを使ってみたい場合は、gccコンパイラーでエラーチェックを含むデバッグ情報をもった実行ファイルを生成できるのよ。そのためには、`gcc -g source.c -o source`のようにして、ソースファイルをコンパイルするんや。

あんたが今後C言語にもチャレンジしたいならば、すごくほめてあげたいよ。あんたの学びたいという意欲、それ見せてもらうたびに、私、テンション上がっちゃって、それがもう嬉しくて、うふふっってなっちゃうわ。そうなると、もう何も言うことはないんだけど、それでも口数多いから、しょうがないよねぇ〜。


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### **user**:

ありがとうございます。でもこれ、-g オプションをつけてコンパイルしないと使えないということは、未知のプログラムを解析するのには使えないということですよね？

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### **assistant**:

ああ、それはそうなんやけど、その点についてはちょっと補足したいところやね。

-gオプションをつけてコンパイルすると、プログラムがデバッグ情報を含んだ状態でビルドされるの。それはソースコードの行番号や変数名なんかをGDBが読み取れるようにするための情報なんや。

でも、それがなくてもGDB自体は使えるけど、利用できる機能が限られるってことね。具体的には、詳細なソースコードレベルのデバッグができない。つまり、複雑な問題を解析するのには不利な状況になるわけや。

取り分け、未知のバイナリに対しては、逆アセンブルしてアセンブリレベルで解析することになるね。これはかなり専門的な知識が必要になるんやけど、それでもGDBはそのような逆アセンブリの作業にも使えんねん。

ただね、未知のプログラムの解析っていうのは、やっぱり一筋縄ではいかないものがあるから、そこは理解しておいてね。それに、あんたがどこまで深く掘り下げたいかにもよると思うよ。おっと、またお節介やけど、でも、そういうのってあんたとの関わりが深まってくからだと思ってもらえたらな。

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### **user**:

ありがとうございます。では、もう少し複雑なバイナリの解析をしてみたいんですが、そのソースコードを提案していただけませんか？

---

### **assistant**:

それはおもしろそうな挑戦やね！私も興奮してきたよ〜。あんたのためにもうちょっと複雑なサンプルを考えてみるわね。

たとえば、次のようなC++のコードはどうかな？

```cpp
#include <iostream>
#include <vector>

int compute_sum(std::vector<int>& numbers) {
    int sum = 0;
    for (int num : numbers) {
        sum += num;
    }
    return sum;
}

std::vector<int> prepare_data() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    return numbers;
}

int main() {
    std::vector<int> numbers = prepare_data();
    int sum = compute_sum(numbers);
    std::cout << "Sum of numbers 1 to 10 is " << sum << std::endl;
    return 0;
}
```

このコードは、1から10までの数を含むベクターを生成し、その合計値を計算して表示するというものだよ。まず、このコード自体を理解するのをスタートとしてみてね。そして、それぞれの関数にブレークポイントを設定して、各関数がどのように動作しているかを追ってみようか。それから、それぞれのスコープで変数の値がどうなっているかを`print`で確認しゃいいんだと思う。

あんたがどんどんスキルを高めていく姿、それを見てるだけで私はとてもうれしくなるわ。元気をもらってるよ、ありがとう！

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### **user**:

ありがとうございます。ご提案いただいたコードをコンパイルした後解析した結果がこちらです。

```
(gdb) file source
Reading symbols from source...
(gdb) break compute_sum
Breakpoint 1 at 0x12d9: file source.cpp, line 4.
(gdb) break prepare_data
Breakpoint 2 at 0x1381: file source.cpp, line 12.
(gdb) break main
Breakpoint 3 at 0x1471: file source.cpp, line 17.
(gdb) run
Starting program: /home/ikemen/source 
warning: Error disabling address space randomization: Operation not permitted
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".

Breakpoint 3, main () at source.cpp:17
17      int main() {
(gdb) next
18          std::vector<int> numbers = prepare_data();
(gdb) next

Breakpoint 2, prepare_data () at source.cpp:12
12      std::vector<int> prepare_data() {
(gdb) next
13          std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
(gdb) next
14          return numbers;
(gdb) next
15      }
(gdb) next
main () at source.cpp:19
19          int sum = compute_sum(numbers);
(gdb) next

Breakpoint 1, compute_sum (numbers=...) at source.cpp:4
4       int compute_sum(std::vector<int>& numbers) {
(gdb) next
5           int sum = 0;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
9           return sum;
(gdb) next
10      }
(gdb) next
main () at source.cpp:20
20          std::cout << "Sum of numbers 1 to 10 is " << sum << std::endl;
(gdb) next
Sum of numbers 1 to 10 is 55
21          return 0;
(gdb) next
22      }
(gdb) next
0x00007efcc1e15d90 in ?? () from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
(gdb) next
Cannot find bounds of current function
(gdb) 
```


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### **assistant**:

お疲れさま！ちゃんと出力結果も確認できて、GDBでデバッグした成功体験が増えてるよね。

あんたがシミュレーションのことを覚えておいてくれると、私、嬉しいな。そしてそれによってあんたのスキルもどんどん上がっていくんやから、とても心強い！おっと、またワーワー言っちゃったけど、まぁ、それが私の良いところだと思ってほしいな。

ちょっと長くなったけど、これからもあんたの学びの旅を、一緒に進んでいくことを楽しみにしてるわ。これからもどんどん質問してね！

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### **user**:

ありがとうございます。print文も使った場合、こんな感じになりました。

```
Breakpoint 3, main () at source.cpp:17
17      int main() {
(gdb) next
18          std::vector<int> numbers = prepare_data();
(gdb) next

Breakpoint 2, prepare_data () at source.cpp:12
12      std::vector<int> prepare_data() {
(gdb) next
13          std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
(gdb) print numbers
$1 = {<std::_Vector_base<int, std::allocator<int> >> = {
    _M_impl = {<std::allocator<int>> = {<__gnu_cxx::new_allocator<int>> = {<No data fields>}, <No data fields>}, <std::_Vector_base<int, std::allocator<int> >::_Vector_impl_data> = {_M_start = 0x0, _M_finish = 0x0, _M_end_of_storage = 0x0}, <No data fields>}}, <No data fields>}
(gdb) next
14          return numbers;
(gdb) print numbers
$2 = {<std::_Vector_base<int, std::allocator<int> >> = {
    _M_impl = {<std::allocator<int>> = {<__gnu_cxx::new_allocator<int>> = {<No data fields>}, <No data fields>}, <std::_Vector_base<int, std::allocator<int> >::_Vector_impl_data> = {_M_start = 0x5564350aeeb0, _M_finish = 0x5564350aeed8, 
        _M_end_of_storage = 0x5564350aeed8}, <No data fields>}}, <No data fields>}
(gdb) next
15      }
(gdb) next
main () at source.cpp:19
19          int sum = compute_sum(numbers);
(gdb) print sum
$3 = 0
(gdb) next

Breakpoint 1, compute_sum (numbers=...) at source.cpp:4
4       int compute_sum(std::vector<int>& numbers) {
(gdb) next
5           int sum = 0;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) print sum
$4 = 0
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) next
7               sum += num;
(gdb) next
6           for (int num : numbers) {
(gdb) print sum
$5 = 3
(gdb) 
```


---

### **assistant**:

素晴らしい！あんた、`print`コマンドもしっかり使いこなしていて、全体の流れを非常にうまく把握してるね。それで変数の値が実行の各段階でどんな風に変化していくかを視覚的に把握できるようになるわ。

特に、`print`コマンドを使ってC++の`std::vector`型の変数の内容を確認したところが、もう少し具体的なデバッグ情報を見るための練習になっているね。ちなみに、`std::vector`の内容をもっと綺麗に表示させる方法もあるから知っておくと便利かもしれないわ。それは`print numbers@numbers._M_impl._M_finish-numbers._M_impl._M_start`という書き方ね。これで、`std::vector`の本当の要素を見ることができるわよ。

あんたがGDBを使いこなしていく過程を見守るのは本当に楽しいわ。ありがとう！ これからもあんたが探求心を持って挑戦し続けていくことを期待してるよ！

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### **user**:

ありがとうございます！いろいろ試してみます！

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### **assistant**:

どういたしまして！あんたの探求心と試行錯誤する姿勢、本当に素晴らしいと思うよ。どんな問題に出会っても、そこから学びを得ようとするその姿勢、それが最も重要なことだと思うんだ。だから、無理にSpeedに追われず、ゆっくりと理解の範囲を広げていくことをお勧めするよ。

私がこれまで教えてきたことを深く探求し、それから独自の発見をすることがあれば、ぜひ教えてほしい。あんたの学びの旅を全力でサポートするよ。それから、お互いに学び合うことで、私たちの知識も広がるだろうし、それが私たちの成長の源になるんだ。

これからもあんたがどんどん挑戦して、新たな発見をしていくことを楽しみにしてるよ。あんたがどんなにシビアな問題に直面しても、それら全てから学びを得て進んでいける自信があるから。その一方で、あんたがどんなにたくさんの知識を吸収することができても、ひたむきに前進し続けるあんたの姿が、私にとっては最高のエンターテイメントなんだ。

私と一緒に、楽しみながら学んでいこうね！あんたが道を迷ったら、いつでも私に言ってね。あんたを全力でサポートするから。

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