CWG 616, 1213 - value category of subobject references.
[official-gcc.git] / libstdc++-v3 / doc / xml / manual / debug.xml
blob37e330d3ed273b1a6455f4197f8e66eea3bccae9
1 <section xmlns="http://docbook.org/ns/docbook" version="5.0" 
2          xml:id="manual.intro.using.debug" xreflabel="Debugging Support">
3 <?dbhtml filename="debug.html"?>
5 <info><title>Debugging Support</title>
6   <keywordset>
7     <keyword>C++</keyword>
8     <keyword>debug</keyword>
9   </keywordset>
10 </info>
14 <para>
15   There are numerous things that can be done to improve the ease with
16   which C++ binaries are debugged when using the GNU tool chain. Here
17   are some of them.
18 </para>
20 <section xml:id="debug.compiler"><info><title>Using <command>g++</command></title></info>
22   <para>
23     Compiler flags determine how debug information is transmitted
24     between compilation and debug or analysis tools.
25   </para>
27   <para>
28     The default optimizations and debug flags for a libstdc++ build
29     are <code>-g -O2</code>. However, both debug and optimization
30     flags can be varied to change debugging characteristics. For
31     instance, turning off all optimization via the <code>-g -O0
32     -fno-inline</code> flags will disable inlining and optimizations,
33     and add debugging information, so that stepping through all functions,
34     (including inlined constructors and destructors) is possible. In
35     addition, <code>-fno-eliminate-unused-debug-types</code> can be
36     used when additional debug information, such as nested class info,
37     is desired.
38 </para>
40 <para>
41   Or, the debug format that the compiler and debugger use to
42   communicate information about source constructs can be changed via
43   <code>-gdwarf-2</code> or <code>-gstabs</code> flags: some debugging
44   formats permit more expressive type and scope information to be
45   shown in GDB. Expressiveness can be enhanced by flags like
46   <code>-g3</code>. The default debug information for a particular
47   platform can be identified via the value set by the
48   PREFERRED_DEBUGGING_TYPE macro in the GCC sources.
49 </para>
51 <para>
52   Many other options are available: please see <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Debugging-Options.html#Debugging%20Options">"Options
53   for Debugging Your Program"</link> in Using the GNU Compiler
54   Collection (GCC) for a complete list.
55 </para>
56 </section>
58 <section xml:id="debug.req"><info><title>Debug Versions of Library Binary Files</title></info>
61 <para>
62   If you would like debug symbols in libstdc++, there are two ways to
63   build libstdc++ with debug flags. The first is to create a separate
64   debug build by running make from the top-level of a tree
65   freshly-configured with
66 </para>
67 <programlisting>
68      --enable-libstdcxx-debug
69 </programlisting>
70 <para>and perhaps</para>
71 <programlisting>
72      --enable-libstdcxx-debug-flags='...'
73 </programlisting>
74 <para>
75   Both the normal build and the debug build will persist, without
76   having to specify <code>CXXFLAGS</code>, and the debug library will
77   be installed in a separate directory tree, in <code>(prefix)/lib/debug</code>.
78   For more information, look at the
79   <link linkend="manual.intro.setup.configure">configuration</link> section.
80 </para>
82 <para>
83   A second approach is to use the configuration flags
84 </para>
85 <programlisting>
86      make CXXFLAGS='-g3 -fno-inline -O0' all
87 </programlisting>
89 <para>
90   This quick and dirty approach is often sufficient for quick
91   debugging tasks, when you cannot or don't want to recompile your
92   application to use the <link linkend="manual.ext.debug_mode">debug mode</link>.</para>
93 </section>
95 <section xml:id="debug.memory"><info><title>Memory Leak Hunting</title></info>
98 <para>
99   There are various third party memory tracing and debug utilities
100   that can be used to provide detailed memory allocation information
101   about C++ code. An exhaustive list of tools is not going to be
102   attempted, but includes <code>mtrace</code>, <code>valgrind</code>,
103   <code>mudflap</code>, and the non-free commercial product
104   <code>purify</code>. In addition, <code>libcwd</code> has a
105   replacement for the global new and delete operators that can track
106   memory allocation and deallocation and provide useful memory
107   statistics.
108 </para>
110 <para>
111   Regardless of the memory debugging tool being used, there is one
112   thing of great importance to keep in mind when debugging C++ code
113   that uses <code>new</code> and <code>delete</code>: there are
114   different kinds of allocation schemes that can be used by <code>
115   std::allocator</code>. For implementation details, see the <link linkend="manual.ext.allocator.mt">mt allocator</link> documentation and
116   look specifically for <code>GLIBCXX_FORCE_NEW</code>.
117 </para>
119 <para>
120   In a nutshell, the optional <classname>mt_allocator</classname>
121   is a high-performance pool allocator, and can
122   give the mistaken impression that in a suspect executable, memory is
123   being leaked, when in reality the memory "leak" is a pool being used
124   by the library's allocator and is reclaimed after program
125   termination.
126 </para>
128 <para>
129   For valgrind, there are some specific items to keep in mind. First
130   of all, use a version of valgrind that will work with current GNU
131   C++ tools: the first that can do this is valgrind 1.0.4, but later
132   versions should work at least as well. Second of all, use a
133   completely unoptimized build to avoid confusing valgrind. Third, use
134   GLIBCXX_FORCE_NEW to keep extraneous pool allocation noise from
135   cluttering debug information.
136 </para>
138 <para>
139   Fourth, it may be necessary to force deallocation in other libraries
140   as well, namely the "C" library. On linux, this can be accomplished
141   with the appropriate use of the <code>__cxa_atexit</code> or
142   <code>atexit</code> functions.
143 </para>
145 <programlisting>
146    #include &lt;cstdlib&gt;
148    extern "C" void __libc_freeres(void);
150    void do_something() { }
152    int main()
153    {
154      atexit(__libc_freeres);
155      do_something();
156      return 0;
157    }
158 </programlisting>
161 <para>or, using <code>__cxa_atexit</code>:</para>
163 <programlisting>
164    extern "C" void __libc_freeres(void);
165    extern "C" int __cxa_atexit(void (*func) (void *), void *arg, void *d);
167    void do_something() { }
169    int main()
170    {
171       extern void* __dso_handle __attribute__ ((__weak__));
172       __cxa_atexit((void (*) (void *)) __libc_freeres, NULL,
173                    &amp;__dso_handle ? __dso_handle : NULL);
174       do_test();
175       return 0;
176    }
177 </programlisting>
179 <para>
180   Suggested valgrind flags, given the suggestions above about setting
181   up the runtime environment, library, and test file, might be:
182 </para>
183 <programlisting>
184    valgrind -v --num-callers=20 --leak-check=yes --leak-resolution=high --show-reachable=yes a.out
185 </programlisting>
187 </section>
189 <section xml:id="debug.races"><info><title>Data Race Hunting</title></info>
190 <para>
191   All synchronization primitives used in the library internals need to be
192   understood by race detectors so that they do not produce false reports.
193 </para>
195 <para>
196   Two annotation macros are used to explain low-level synchronization 
197   to race detectors:
198   <code>_GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_BEFORE()</code> and
199   <code> _GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_AFTER()</code>.
200   By default, these macros are defined empty -- anyone who wants
201   to use a race detector needs to redefine them to call an
202   appropriate API.
203   Since these macros are empty by default when the library is built,
204   redefining them will only affect inline functions and template
205   instantiations which are compiled in user code. This allows annotation
206   of templates such as <code>shared_ptr</code>, but not code which is
207   only instantiated in the library.  Code which is only instantiated in
208   the library needs to be recompiled with the annotation macros defined.
209   That can be done by rebuilding the entire
210   <filename class="libraryfile">libstdc++.so</filename> file but a simpler
211   alternative exists for ELF platforms such as GNU/Linux, because ELF
212   symbol interposition allows symbols defined in the shared library to be
213   overridden by symbols with the same name that appear earlier in the
214   runtime search path. This means you only need to recompile the functions
215   that are affected by the annotation macros, which can be done by
216   recompiling individual files.
217   Annotating <code>std::string</code> and <code>std::wstring</code>
218   reference counting can be done by disabling extern templates (by defining 
219   <code>_GLIBCXX_EXTERN_TEMPLATE=-1</code>) or by rebuilding the 
220   <filename>src/string-inst.cc</filename> file.
221   Annotating the remaining atomic operations (at the time of writing these
222   are in <code>ios_base::Init::~Init</code>, <code>locale::_Impl</code>,
223   <code>locale::facet</code> and <code>thread::_M_start_thread</code>)
224   requires rebuilding the relevant source files.
225 </para>
227 <para>
228   The approach described above is known to work with the following race
229   detection tools:
230   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" 
231   xlink:href="http://valgrind.org/docs/manual/drd-manual.html">
232   DRD</link>,
233   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" 
234   xlink:href="http://valgrind.org/docs/manual/hg-manual.html"> 
235   Helgrind</link>, and
236   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" 
237   xlink:href="https://github.com/google/sanitizers"> 
238   ThreadSanitizer</link> (this refers to ThreadSanitizer v1, not the
239   new "tsan" feature built-in to GCC itself).
240 </para>
242 <para>
243   With DRD, Helgrind and ThreadSanitizer you will need to define
244   the macros like this:
245 <programlisting>
246   #define _GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_BEFORE(A) ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(A)
247   #define _GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_AFTER(A)  ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(A)
248 </programlisting>
249   Refer to the documentation of each particular tool for details.
250 </para>
252 </section>
254 <section xml:id="debug.gdb"><info><title>Using <command>gdb</command></title></info>
256   <para>
257   </para>
259 <para>
260   Many options are available for GDB itself: please see <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="http://sourceware.org/gdb/current/onlinedocs/gdb/">
261   "GDB features for C++" </link> in the GDB documentation. Also
262   recommended: the other parts of this manual.
263 </para>
265 <para>
266   These settings can either be switched on in at the GDB command line,
267   or put into a <filename>.gdbinit</filename> file to establish default
268   debugging characteristics, like so:
269 </para>
271 <programlisting>
272    set print pretty on
273    set print object on
274    set print static-members on
275    set print vtbl on
276    set print demangle on
277    set demangle-style gnu-v3
278 </programlisting>
280 <para>
281   Starting with version 7.0, GDB includes support for writing
282   pretty-printers in Python.  Pretty printers for containers and other
283   classes are distributed with GCC from version 4.5.0 and should be installed
284   alongside the libstdc++ shared library files and found automatically by
285   GDB.
286 </para>
288 <para>
289   Depending where libstdc++ is installed, GDB might refuse to auto-load
290   the python printers and print a warning instead.
291   If this happens the python printers can be enabled by following the
292   instructions GDB gives for setting your <code>auto-load safe-path</code>
293   in your <filename>.gdbinit</filename> configuration file.
294 </para>
296 <para>
297   Once loaded, standard library classes that the printers support
298   should print in a more human-readable format.  To print the classes
299   in the old style, use the <userinput>/r</userinput> (raw) switch in the
300   print command (i.e., <userinput>print /r foo</userinput>).  This will
301   print the classes as if the Python pretty-printers were not loaded.
302 </para>
304 <para>
305   For additional information on STL support and GDB please visit:
306   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="http://sourceware.org/gdb/wiki/STLSupport"> "GDB Support
307   for STL" </link> in the GDB wiki.  Additionally, in-depth
308   documentation and discussion of the pretty printing feature can be
309   found in "Pretty Printing" node in the GDB manual.  You can find
310   on-line versions of the GDB user manual in GDB's homepage, at
311   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="http://sourceware.org/gdb/"> "GDB: The GNU Project
312   Debugger" </link>.
313 </para>
315 </section>
317 <section xml:id="debug.exceptions"><info><title>Tracking uncaught exceptions</title></info>
319 <para>
320   The <link linkend="support.termination.verbose">verbose
321   termination handler</link> gives information about uncaught
322   exceptions which kill the program.
323 </para>
324 </section>
326 <section xml:id="debug.debug_mode"><info><title>Debug Mode</title></info>
328   <para> The <link linkend="manual.ext.debug_mode">Debug Mode</link>
329   has compile and run-time checks for many containers.
330   </para>
331 </section>
333 <section xml:id="debug.compile_time_checks"><info><title>Compile Time Checking</title></info>
335   <para> The <link linkend="manual.ext.compile_checks">Compile-Time
336   Checks</link> extension has compile-time checks for many algorithms.
337   </para>
338 </section>
340 <section xml:id="debug.profile_mode" xreflabel="debug.profile_mode"><info><title>Profile-based Performance Analysis</title></info>
342   <para> The <link linkend="manual.ext.profile_mode">Profile-based
343   Performance Analysis</link> extension has performance checks for many
344   algorithms.
345   </para>
346 </section>
348 </section>