标题: GDB查看结构或类的内存布局及分离终端

创建: 2024-11-15 16:04 更新: 2024-11-18 10:10 链接: https://scz.617.cn/unix/202411151604.txt

因故需要了解std::string类型内存布局。以前没接触过，属于初次产生的需求。正常思路是，写测试程序，带调试信息编译，gdb调试，设法查看内存布局。绝大多数 struct、class，若想了解其内存布局，首选方案即此。

/ * g++ -Wall -pipe -O0 -g3 -o stddbg stddbg.cpp /

include

int main ( int argc, char * argv[] ) { std::string input;

std::cout << "Please enter a string: ";
/*
 * std::getline会一直读取，直至\n
 */
// std::getline( std::cin, input );
/*
 * 读取到第一个空白字符(空格、制表符、换行符等)为止
 */
std::cin >> input;
std::cout << "You entered: " << input << std::endl;
return 0;

}

gdb -q -nx -x ~/src/gdbinit_x64.txt -x ~/src/gdbhelper.py ./stddbg set debuginfod enabled on start

断在main()入口时，查看input变量

(gdb) whatis input type = std::string

whatis命令只会报变量类型，想看struct、class的成员，得用ptype命令。struct还好说，class有method，直接"ptype input"，输出中method占了大头。ptype有参数，只看类成员，不看类方法。此外，既想了解class内存布局，肯定想知道类成员偏移、大小等信息，ptype也有相应参数。

(gdb) ptype /rmtox input (gdb) ptype /rmtox std::string type = class std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ > { private: / 0x0000 | 0x0008 / struct std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::_Alloc_hider : public std::allocator { / 0x0000 | 0x0008 / std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::pointer _M_p;

                               /* total size (bytes):    8 */
                           } _M_dataplus;

/ 0x0008 | 0x0008 / std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::size_type _M_string_length; / 0x0010 | 0x0010 / union { / 0x0010 / char _M_local_buf[16]; / 0x0008 / std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::size_type _M_allocated_capacity;

                               /* total size (bytes):   16 */
                           };

                           /* total size (bytes):   32 */
                         }

前述输出中，左侧第一列是偏移，第二列是长度。"/rmtox"的具体意义可 "help ptype"了解。ptype指定多个选项时，不能写成"/r /m /t /o /x"，只能写成 "/rmtox"，这什么病？

可用ptype查看struct、class指定成员

(gdb) ptype /rmtox ((std::string )0)->_M_dataplus (gdb) ptype /rmtox std::string::_M_dataplus / offset | size / type = struct std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::_Alloc_hider : public std::allocator { / 0x0000 | 0x0008 */ std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::pointer _M_p;

                           /* total size (bytes):    8 */
                         }

若是struct，只能用第一种办法，若是class，两种办法均可

(gdb) ptype /rmtox std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::pointer type = char *

(gdb) ptype /rmtox std::string::_M_string_length type = unsigned long

若gdb支持Python，可自实现offsetof命令

import gdb

class Offset ( gdb.Command ) :

def __init__ (self ) :
    super( Offset, self ).__init__ ( 'offsetof', gdb.COMMAND_DATA )

def invoke ( self, arg, from_tty ) :
    arg     = arg.strip()
    stype   = gdb.lookup_type( arg )
    print( "%s %s" % ( arg, '{' ) )
    for field in stype.fields() :
        print( '    %s => %#x' % ( field.name, field.bitpos // 8 ) )
    print( '}' )

Offset()

(gdb) offsetof std::string std::string { _M_dataplus => 0x0 _M_string_length => 0x8 None => 0x10 }

结合前述调试信息，64位std:string内存布局如下:

std:string { / * 长度小的时候，_M_dataplus指向_M_local_buf[] / char *_M_dataplus; // +0x0 unsigned long long _M_string_length; // +0x8 char _M_local_buf[16]; // +0x10 // +0x20 }

windbg的dt，可查看指定结构，给定地址时，同时查看结构内存布局及各成员变量的值。gdb无法完全做到dt的效果，但下面这些命令比较接近:

p /address input p -raw-values on -- input p -raw-values on -- (std::string )($rbp-0x40)

$24 = { _M_dataplus = { > = { <__gnu_cxx::new_allocator> = {}, }, members of std::__cxx11::basic_string, std::allocator\ >::_Alloc_hider: _M_p = 0x7fffffffe0f0 "scz_is_here" }, _M_string_length = 11, { _M_local_buf = "scz_is_here\000\377\177\000", _M_allocated_capacity = 7520856799142634355 } }

bluerust指出，pwndbg有类似windbg的dt实现:

https://browserpwndbg.readthedocs.io/en/docs/commands/procinfo/dt/

我是原生gdb用户，没用过pwndbg，FYI。

小侯提到C++98的std:string与C++11不一样。

g++ -std=c++98 -D_GLIBCXX_USE_CXX11_ABI=0 -Wall -pipe -O0 -g3 -o stddbg_98 stddbg.cpp

调试stddbg_98，C++98的std:string内存布局如下:

std:string { char *_M_dataplus; // +0x0 // +0x8 }

C++11有个长度成员，可直接取长度，C++98还得strlen()取长度。

顺便提一下gdb调试stddbg时如何分离终端。stddbg会与stdout、stdin打交道，gdb 调试可能出现干扰。理想情况是，让gdb在终端A输入输出，让被调试的stddbg在终端 B输入输出。

在终端B中

$ tty && tail -f /dev/null /dev/pts/B

假设是这个输出，下面会用到

在终端A中

gdb -q -nx -x ~/src/gdbinit_x64.txt -x ~/src/gdbhelper.py -tty=/dev/pts/B ./stddbg set debuginfod enabled on start

若不在命令行指定"-tty"参数，也可在(gdb)提示符下执行

set inferior-tty /dev/pts/B

终端B中的命令，属于奇技淫巧。gdb调试时，分离终端若无异常，则不必执行终端B 中的命令，有异常时不妨一试。所谓异常是指，在终端B中的交互残缺，比如回显异常、换行异常等等。

gdb调试碰上分离终端的需求，可能用tmux更友好些，下面是相关操作:

tmux

Ctrl-B % (全松开后再按%)

垂直分割

Ctrl-B " (全松开后再按")

水平分割

Ctrl-B 方向键 (全松开后再按方向键)

在分割的窗口间切换