C++ 函式偵錯詳解：如何偵錯多執行緒函數中的問題？

C 多執行緒偵錯可使用GDB：1. 啟用偵錯資訊編譯；2. 設定斷點；3. 使用info threads 檢視執行緒；4. 用thread <n> 切換執行緒；5. 使用next、stepi、 locals 調試。實戰案例調試死鎖：1. 使用 thread apply all bt 列印堆疊；2. 檢查執行緒狀態；3.單步執行主執行緒；4. 使用條件變數協調存取來解決死鎖。

C 函數偵錯詳解：如何偵錯多執行緒函數中的問題？

引言
多執行緒程式設計可以顯著提高應用程式的效能，但它也帶來了更複雜的偵錯過程。本文將深入探討如何在 C 中除錯多執行緒函數，並提供一個實戰案例來展示除錯技術。

使用 GDB 偵錯多執行緒
GDB（GNU 偵錯器）是一個強大的工具，可用來偵錯 C 多執行緒程式碼。若要使用 GDB 偵錯多執行緒函數，請執行下列步驟：

1. 編譯程式碼時啟用偵錯資訊（例如：g -gmulti ...）。
2. 在 GDB 中設定斷點（例如：break main）。
3. 執行程式並在所需位置停止（例如：run args）。
4. 使用 info threads 指令查看執行緒清單。
5. 使用 thread <n> 指令切換到特定的執行緒。
6. 使用其他GDB 指令進行偵錯，例如next、stepi 和locals，分別用於單步執行、逐行執行和檢查局部變數。

實戰案例：除錯一個死鎖多執行緒函數
以下是偵錯一個死鎖多執行緒函數的實戰案例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mutex;

void thread_func() {
  while (true) {
    std::lock_guard<std::mutex> guard(mutex);
    std::cout << "Thread is holding the lock" << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  }
}

int main() {
  std::thread t(thread_func);  // Start the thread
  std::lock_guard<std::mutex> guard(mutex);  // Attempt to acquire the lock in main
  std::cout << "Main thread is waiting for the lock" << std::endl;
  t.join();  // Wait for the thread to finish
}

偵錯過程
在GDB 中偵錯此函數時，我們發現它死鎖了，因為主執行緒嘗試取得由另一個執行緒持有的鎖。要解決此問題，我們可以執行以下步驟：

1. 使用 thread apply all bt 命令在所有執行緒中列印呼叫堆疊。
2. 觀察到主執行緒和另一個執行緒都在等待相同的鎖。
3. 使用 thread info <n> 指令檢查另一個執行緒的狀態，發現它正在休眠。
4. 使用 next 命令單步執行主線程，發現它無法獲得鎖，因此死鎖。

解決方法
要解決此死鎖，我們可以使用條件變數來協調執行緒之間的存取。以下是一個修改後的程式碼片段：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mutex;
std::condition_variable cv;

void thread_func() {
  while (true) {
    std::unique_lock<std::mutex> guard(mutex);
    cv.wait(guard);  // Wait for the condition variable to be notified
    std::cout << "Thread is holding the lock" << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  }
}

int main() {
  std::thread t(thread_func);  // Start the thread
  std::unique_lock<std::mutex> guard(mutex);
  cv.notify_all();  // Notify the other thread to acquire the lock
  guard.unlock();  // Release the lock in main
  t.join();  // Wait for the thread to finish
}

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