Fix timevar.cc build on systems that don't have CLOCK_MONOTONIC
[gcc.git] / libstdc++-v3 / doc / xml / manual / debug.xml
blob44784071538e581f694834082221f88656997c0a
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 include 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="https://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.debug_mode"><info><title>Debug Mode</title></info>
60 <para>
61   The <link linkend="manual.ext.debug_mode">Debug Mode</link>
62   has compile and run-time checks for many containers.
63 </para>
65 <para>
66   There are also lightweight assertions for checking function preconditions,
67   such as checking for out-of-bounds indices when accessing a
68   <classname>std::vector</classname>. These can be enabled without using
69   the full Debug Mode, by using <option>-D_GLIBCXX_ASSERTIONS</option>
70   (see <xref linkend="manual.intro.using.macros"/>).
71 </para>
73 </section>
75 <section xml:id="debug.exceptions"><info><title>Tracking uncaught exceptions</title></info>
77 <para>
78   The <link linkend="support.termination.verbose">verbose
79   termination handler</link> gives information about uncaught
80   exceptions which kill the program.
81 </para>
82 </section>
84 <section xml:id="debug.memory"><info><title>Memory Leak Hunting</title></info>
86 <para>
87   On many targets GCC supports AddressSanitizer, a fast memory error detector,
88   which is enabled by the <option>-fsanitize=address</option> option.
89 </para>
91 <para>
92   The <classname>std::vector</classname> implementation has additional
93   instrumentation to work with AddressSanitizer, but this has to be enabled
94   explicitly by using <option>-D_GLIBCXX_SANITIZE_VECTOR</option>
95   (see <xref linkend="manual.intro.using.macros"/>).
96 </para>
98 <para>
99   There are also 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> (no longer supported since GCC 4.9.0), ElectricFence,
104   and the non-free commercial product <code>purify</code>.
105   In addition, <code>libcwd</code>, jemalloc and TCMalloc have replacements
106   for the global <code>new</code> and <code>delete</code> operators
107   that can track memory allocation and deallocation and provide useful
108   memory statistics.
109 </para>
111 <para>
112   For valgrind, there are some specific items to keep in mind. First
113   of all, use a version of valgrind that will work with current GNU
114   C++ tools: the first that can do this is valgrind 1.0.4, but later
115   versions should work better. Second, using an unoptimized build
116   might avoid confusing valgrind.
117 </para>
119 <para>
120   Third, it may be necessary to force deallocation in other libraries
121   as well, namely the "C" library. On GNU/Linux, this can be accomplished
122   with the appropriate use of the <code>__cxa_atexit</code> or
123   <code>atexit</code> functions.
124 </para>
126 <programlisting>
127    #include &lt;cstdlib&gt;
129    extern "C" void __libc_freeres(void);
131    void do_something() { }
133    int main()
134    {
135      atexit(__libc_freeres);
136      do_something();
137      return 0;
138    }
139 </programlisting>
141 <para>or, using <code>__cxa_atexit</code>:</para>
143 <programlisting>
144    extern "C" void __libc_freeres(void);
145    extern "C" int __cxa_atexit(void (*func) (void *), void *arg, void *d);
147    void do_something() { }
149    int main()
150    {
151       extern void* __dso_handle __attribute__ ((__weak__));
152       __cxa_atexit((void (*) (void *)) __libc_freeres, NULL,
153                    &amp;__dso_handle ? __dso_handle : NULL);
154       do_test();
155       return 0;
156    }
157 </programlisting>
159 <para>
160   Suggested valgrind flags, given the suggestions above about setting
161   up the runtime environment, library, and test file, might be:
162 </para>
163 <programlisting>
164    valgrind -v --num-callers=20 --leak-check=yes --leak-resolution=high --show-reachable=yes a.out
165 </programlisting>
167 <section xml:id="debug.memory.mtalloc">
168 <info><title>Non-memory leaks in Pool and MT allocators</title></info>
170 <para>
171   There are different kinds of allocation schemes that can be used by
172   <code>std::allocator</code>. Prior to GCC 3.4.0 the default was to use
173   a pooling allocator, <classname>pool_allocator</classname>,
174   which is still available as the optional
175   <classname>__pool_alloc</classname> extension.
176   Another optional extension, <classname>__mt_alloc</classname>,
177   is a high-performance pool allocator.
178 </para>
180 <para>
181   In a suspect executable these pooling allocators can give
182   the mistaken impression that memory is being leaked,
183   when in reality the memory "leak" is a pool being used
184   by the library's allocator and is reclaimed after program
185   termination.
186 </para>
188 <para>
189   If you're using memory debugging tools on a program that uses
190   one of these pooling allocators, you can set the environment variable
191   <literal>GLIBCXX_FORCE_NEW</literal> to keep extraneous pool allocation
192   noise from cluttering debug information.
193   For more details, see the
194   <link linkend="manual.ext.allocator.mt">mt allocator</link>
195   documentation and look specifically for <code>GLIBCXX_FORCE_NEW</code>.
196 </para>
198 </section>
200 </section>
202 <section xml:id="debug.races"><info><title>Data Race Hunting</title></info>
203 <para>
204   All synchronization primitives used in the library internals need to be
205   understood by race detectors so that they do not produce false reports.
206 </para>
208 <para>
209   Two annotation macros are used to explain low-level synchronization
210   to race detectors:
211   <code>_GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_BEFORE()</code> and
212   <code> _GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_AFTER()</code>.
213   By default, these macros are defined empty -- anyone who wants
214   to use a race detector needs to redefine them to call an
215   appropriate API.
216   Since these macros are empty by default when the library is built,
217   redefining them will only affect inline functions and template
218   instantiations which are compiled in user code. This allows annotation
219   of templates such as <code>shared_ptr</code>, but not code which is
220   only instantiated in the library.  Code which is only instantiated in
221   the library needs to be recompiled with the annotation macros defined.
222   That can be done by rebuilding the entire
223   <filename class="libraryfile">libstdc++.so</filename> file but a simpler
224   alternative exists for ELF platforms such as GNU/Linux, because ELF
225   symbol interposition allows symbols defined in the shared library to be
226   overridden by symbols with the same name that appear earlier in the
227   runtime search path. This means you only need to recompile the functions
228   that are affected by the annotation macros, which can be done by
229   recompiling individual files.
230   Annotating <code>std::string</code> and <code>std::wstring</code>
231   reference counting can be done by disabling extern templates (by defining
232   <code>_GLIBCXX_EXTERN_TEMPLATE=-1</code>) or by rebuilding the
233   <filename>src/string-inst.cc</filename> file.
234   Annotating the remaining atomic operations (at the time of writing these
235   are in <code>ios_base::Init::~Init</code>, <code>locale::_Impl</code>,
236   <code>locale::facet</code> and <code>thread::_M_start_thread</code>)
237   requires rebuilding the relevant source files.
238 </para>
240 <para>
241   The approach described above is known to work with the following race
242   detection tools:
243   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"
244   xlink:href="https://valgrind.org/docs/manual/drd-manual.html">
245   DRD</link>,
246   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"
247   xlink:href="https://valgrind.org/docs/manual/hg-manual.html">
248   Helgrind</link>, and
249   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"
250   xlink:href="https://github.com/google/sanitizers">
251   ThreadSanitizer</link> (this refers to ThreadSanitizer v1, not the
252   new "tsan" feature built-in to GCC itself).
253 </para>
255 <para>
256   With DRD, Helgrind and ThreadSanitizer you will need to define
257   the macros like this:
258 <programlisting>
259   #define _GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_BEFORE(A) ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(A)
260   #define _GLIBCXX_SYNCHRONIZATION_HAPPENS_AFTER(A)  ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(A)
261 </programlisting>
262   Refer to the documentation of each particular tool for details.
263 </para>
265 </section>
267 <section xml:id="debug.gdb"><info><title>Using <command>gdb</command></title></info>
269   <para>
270   </para>
272 <para>
273   Many options are available for GDB itself: please see <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="https://sourceware.org/gdb/current/onlinedocs/gdb">
274   "GDB features for C++" </link> in the GDB documentation. Also
275   recommended: the other parts of this manual.
276 </para>
278 <para>
279   These settings can either be switched on in at the GDB command line,
280   or put into a <filename>.gdbinit</filename> file to establish default
281   debugging characteristics, like so:
282 </para>
284 <programlisting>
285    set print pretty on
286    set print object on
287    set print static-members on
288    set print vtbl on
289    set print demangle on
290    set demangle-style gnu-v3
291 </programlisting>
293 <para>
294   Starting with version 7.0, GDB includes support for writing
295   pretty-printers in Python.  Pretty printers for containers and other
296   classes are distributed with GCC from version 4.5.0 and should be installed
297   alongside the libstdc++ shared library files and found automatically by
298   GDB.
299 </para>
301 <para>
302   Depending where libstdc++ is installed, GDB might refuse to auto-load
303   the python printers and print a warning instead.
304   If this happens the python printers can be enabled by following the
305   instructions GDB gives for setting your <code>auto-load safe-path</code>
306   in your <filename>.gdbinit</filename> configuration file.
307 </para>
309 <para>
310   Once loaded, standard library classes that the printers support
311   should print in a more human-readable format.  To print the classes
312   in the old style, use the <userinput>/r</userinput> (raw) switch in the
313   print command (i.e., <userinput>print /r foo</userinput>).  This will
314   print the classes as if the Python pretty-printers were not loaded.
315 </para>
317 <para>
318   For additional information on STL support and GDB please visit:
319   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="https://sourceware.org/gdb/wiki/STLSupport"> "GDB Support
320   for STL" </link> in the GDB wiki.  Additionally, in-depth
321   documentation and discussion of the pretty printing feature can be
322   found in "Pretty Printing" node in the GDB manual.  You can find
323   on-line versions of the GDB user manual in GDB's homepage, at
324   <link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="https://sourceware.org/gdb/"> "GDB: The GNU Project
325   Debugger" </link>.
326 </para>
328 </section>
330 <section xml:id="debug.req"><info><title>Debug Versions of Library Binary Files</title></info>
332 <para>
333   As described above, libstdc++ is built with debug symbols enabled by default,
334   but because it's also built with optimizations the code can be hard to
335   follow when stepping into the library in a debugger.
336 </para>
338 <para>
339   If you would like to debug <filename>libstdc++.so</filename> itself,
340   there are two ways to build an unoptimized libstdc++ with debug flags.
341   The first is to create a separate debug build by running make from the
342   top-level of a tree freshly-configured with
343 </para>
344 <programlisting>
345      --enable-libstdcxx-debug
346 </programlisting>
347 <para>and perhaps</para>
348 <programlisting>
349      --enable-libstdcxx-debug-flags='...'
350 </programlisting>
351 <para>
352   Both the normal build and the debug build will persist, without
353   having to specify <code>CXXFLAGS</code>, and the debug library will
354   be installed in a separate directory tree, in <code>(prefix)/lib/debug</code>.
355   For more information, look at the
356   <link linkend="manual.intro.setup.configure">configuration</link> section.
357 </para>
359 <para>
360   A second approach is to use the configuration flags
361 </para>
362 <programlisting>
363      make CXXFLAGS='-g3 -fno-inline -O0' all
364 </programlisting>
366 </section>
369 <section xml:id="debug.compile_time_checks"><info><title>Compile Time Checking</title></info>
371   <para> The <link linkend="manual.ext.compile_checks">Compile-Time
372   Checks</link> extension has compile-time checks for many algorithms.
373   These checks were designed for C++98 and have not been updated to work
374   with C++11 and later standards. They might be removed at a future date.
375   </para>
376 </section>
378 </section>