如果使用调试信息编译，则通过其名称获取全局变量地址

Posted 2023-02-17

【中文标题】如果使用调试信息编译，则通过其名称获取全局变量地址

【英文标题】：Get global variable address by its name if compiled with debug information

【发布时间】：2014-08-08 03:42:21

【问题描述】：

如果我使用 gcc 编译一些 C/C++ 程序并打开 -g 和/或 -ggdb，那么如果我使用 gdb 启动程序，我可以在 gdb 中打印变量值。

我的问题是，如果没有 gdb，我可以从程序内部实现相同的目标吗？在运行时，给定变量的名称（表示为运行时字符串），是否可以读取调试信息，然后得到变量的地址以及类型信息？

谢谢。

【问题讨论】：

我没有说清楚，我的意思是在运行时给定变量的名称（字符串或 const char*）。

您使用的是什么平台？如果是某些 UNIX 变体，请阅读 dlsym 的手册页。

@DavidSchwartz，指向dlsym 的好指针。类型信息呢？

C 没有那种内省。

@DavidSchwartz 我的意思是 gdb 怎么知道某个变量的类型呢？我假设它是通过读取二进制文件中的调试信息来完成的，对吗？如果这是正确的，那么理论上应该是可能的，对吧？

【参考方案1】：

地图文件怎么样？它将包含所有全局变量及其地址的信息。您所要做的就是解析地图文件并获取变量的地址（python 可以在这里提供帮助）。

在你的程序中编写一个小程序来接受地址和返回值。如果您将它用于类似目的的日志记录，则可以使用新线程通过套接字事件执行此操作，这样您就不会过多地干扰实际程序。

我没有这样做，但是使用 objdump / dltool 它应该能够获取变量类型信息，而且我不确定如何避免非法地址访问（会导致 SEG 和 BUS 错误的访问）。

第二个想法是什么阻止您使用 GDB 本身？您可以使用图像的剥离版本来运行和调试启用 sym 的 inage 以获取变量类型和地址信息。

【讨论】：

我希望能够在运行时从程序内部通过变量名访问变量，而无需太多开销。使用 gdb 需要由 gdb 启动或附加进程，这使得一切都变得超级慢。也有可能运行程序的机器与构建它的机器不同，因此不需要安装 gdb。

【参考方案2】：

无需任何第三方程序或大型库，您可以使用一些宏添加简单的反射，具体取决于您希望它有多丑

这是一个工作示例：

#include <map>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <string>

#define DEBUG_VAR_NAMES //undef to remove the tracking

struct GlobalRecord //will hold info about variables
    const char* name;
    const char* type;
    const void* addr;
;

#ifdef DEBUG_VAR_NAMES


static const GlobalRecord* global_decl( const char* name, bool set, const GlobalRecord* record )
    static std::map<const char*, const GlobalRecord*> globals; //holds pointers to all record structs

    if( set )
        globals[name] = record;

    const auto it = globals.find( name );

    if( it == globals.end() )
        return nullptr;     //just return nullptr if a var could not be found
    else
        return it->second;



static GlobalRecord global_init( const char* type, const char* name, void* addr, const GlobalRecord* record ) 
    global_decl( name, true, record );
    return GlobalRecord name, type, addr ;


#define COMMA ,
#define DECLARE_GLOBAL_INIT(type, name, init) type name = init; GlobalRecord name##_rec = global_init( #type, #name, (void*)&name, & name##_rec)
#define DECLARE_GLOBAL(type, name) type name; GlobalRecord name##_rec = global_init( #type, #name, (void*)&name, & name##_rec)
#define GET_GLOBAL(name) global_decl(name, false, nullptr)

#else

#define COMMA ,
#define DECLARE_GLOBAL_INIT(type, name, init) type name = init;
#define DECLARE_GLOBAL(type, name) type name;
#define GET_GLOBAL(name) ((const GlobalRecord*) nullptr) //This is a bad idea(TM).

#endif


//SAMPLE HERE
//Declare 3 global vars for testing.

//declaring a variable is pretty simple.
//it's a macro call with <type>, <name>, <optional init value> as arguments:
DECLARE_GLOBAL_INIT( int, my_int, 5 ); //instead of: int my_int = 5;
DECLARE_GLOBAL_INIT( std::string, my_string, "hi there" ); //instead of std::string my_string = "hi there";
DECLARE_GLOBAL( std::map<int COMMA int>, my_map ); //<- commas must be replaced with a macro


void print_var( const char* name )
    std::cout << '\n';

    if( GET_GLOBAL( name ) == nullptr )
          std::cout << "Var " << name << " not found.\n";  
          return;
    

    std::cout << "Variable: " << GET_GLOBAL( name )->name << "\n";
    std::cout << "The address of " << name << " is recorded as: " << GET_GLOBAL( name )->addr << "\n";
    std::cout << "The type of " << name << " is recorded as : " << GET_GLOBAL( name )->type << "\n";


int main(int argc, char* argv[])


    print_var( "my_int" );
    print_var( "my_string" );
    print_var( "my_map" );
    print_var( "my_double" );

    return 0;

基本上所有的全局变量都需要声明为一个宏，比如DECLARE_GLOBAL(type, name)。然后，有关变量的一些基本信息将自动存储在 std::map 中的 global_decl 中，并且可以从那里检索。

它涉及一堆琐碎的hacky，可能不应该那样使用。它更像是一个指针，让您了解如何完成它。

这种方法的好处是开销几乎为零。您的程序无需调用样板代码即可读取/写入变量。不好的部分是宏。

如果您正在寻找一个完全不更改代码的解决方案，那么最好使用 gdb 或类似工具。

【讨论】：

我知道这种方法。我在这个问题中要问的正是如何避免这种手动工作，而是自动进行，而不需要修改代码。但无论如何，感谢您花时间写长答案。