有时候在线上使用gdb调试程序core问题时，可能没有符号文件，拿到的仅是一个内存地址，如果这个指向的是一个STL对象，那么如何查看这个对象的内容呢？
只需要知道STL各个容器的数据结构实现，就可以查看其内容。本文描述了SGI STL实现中常用容器的数据结构，以及如何在gdb中查看其内容。
string
string，即basic_string bits/basic_string.h：
mutable _Alloc_hider _M_dataplus;
...
const _CharT*
c_str() const
{ return _M_data(); }
...
_CharT*
_M_data() const
{ return _M_dataplus._M_p; }
...
struct _Alloc_hider : _Alloc
{
_Alloc_hider(_CharT* __dat, const _Alloc& __a)
: _Alloc(__a), _M_p(__dat) { }
_CharT* _M_p; // The actual data.
};
size_type
length() const
{ return _M_rep()->_M_length; }
_Rep*
_M_rep() const
{ return &((reinterpret_cast<_Rep*> (_M_data()))[-1]); }
...
struct _Rep_base
{
size_type _M_length;
size_type _M_capacity;
_Atomic_word _M_refcount;
};
struct _Rep : _Rep_base
即，string内有一个指针，指向实际的字符串位置，这个位置前面有一个_Rep结构，其内保存了字符串的长度、可用内存以及引用计数。当我们拿到一个string对象的地址时，可以通过以下代码获取相关值：
void ds_str_i(void *p) {
char **raw = (char**)p;
char *s = *raw;
size_t len = *(size_t*)(s - sizeof(size_t) * 3);
printf("str: %s (%zd)\n", s, len);
}
size_t ds_str() {
std::string s = "hello";
ds_str_i(&s);
return s.size();
}
在gdb中拿到一个string的地址时，可以以下打印出该字符串及长度：
(gdb) x/1a p
0x7fffffffe3a0: 0x606028
(gdb) p (char*)0x606028
$2 = 0x606028 "hello"
(gdb) x/1dg 0x606028-24
0x606010: 5
vector
众所周知vector实现就是一块连续的内存，bits/stl_vector.h。
template<typename _Tp, typename _Alloc = std::allocator<_Tp> >
class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>
...
template<typename _Tp, typename _Alloc>
struct _Vector_base
{
typedef typename _Alloc::template rebind<_Tp>::other _Tp_alloc_type;
struct _Vector_impl
: public _Tp_alloc_type
{
_Tp* _M_start;
_Tp* _M_finish;
_Tp* _M_end_of_storage;
_Vector_impl(_Tp_alloc_type const& __a)
: _Tp_alloc_type(__a), _M_start(0), _M_finish(0), _M_end_of_storage(0)
{ }
};
_Vector_impl _M_impl;
可以看出sizeof(vector<xxx>)=24，其内也就是3个指针，_M_start指向首元素地址，_M_finish指向最后一个节点+1，_M_end_of_storage是可用空间最后的位置。
iterator
end()
{ return iterator (this->_M_impl._M_finish); }
const_iterator
...
begin() const
{ return const_iterator (this->_M_impl._M_start); }
...
size_type
capacity() const
{ return size_type(const_iterator(this->_M_impl._M_end_of_storage)
- begin()); }
可以通过代码从一个vector对象地址输出其信息：
template <typename T>
void ds_vec_i(void *p) {
T *start = *(T**)p;
T *finish = *(T**)((char*)p + sizeof(void*));
T *end_storage = *(T**)((char*)p + 2 * sizeof(void*));
printf("vec size: %ld, avaiable size: %ld\n", finish - start, end_storage - start);
}
size_t ds_vec() {
std::vector<int> vec;
vec.push_back(0x11);
vec.push_back(0x22);
vec.push_back(0x33);
ds_vec_i<int>(&vec);
return vec.size();
}
使用gdb输出一个vector中的内容：
(gdb) p p
$3 = (void *) 0x7fffffffe380
(gdb) x/1a p
0x7fffffffe380: 0x606080
(gdb) x/3xw 0x606080
0x606080: 0x00000011 0x00000022 0x00000033
list
众所周知list被实现为一个链表。准确来说是一个双向链表。list本身是一个特殊节点，其代表end，其指向的下一个元素才是list真正的第一个节点：
bits/stl_list.h
bool
empty() const
{ return this->_M_impl._M_node._M_next == &this->_M_impl._M_node; }
const_iterator
begin() const
{ return const_iterator(this->_M_impl._M_node._M_next); }
iterator
end()
{ return iterator(&this->_M_impl._M_node); }
...
struct _List_node_base
{
_List_node_base* _M_next; ///< Self-explanatory
_List_node_base* _M_prev; ///< Self-explanatory
...
};
template<typename _Tp>
struct _List_node : public _List_node_base
{
_Tp _M_data; ///< User's data.
};
template<typename _Tp, typename _Alloc>
class _List_base
{
...
struct _List_impl
: public _Node_alloc_type
{
_List_node_base _M_node;
...
};
_List_impl _M_impl;
template<typename _Tp, typename _Alloc = std::allocator<_Tp> >
class list : protected _List_base<_Tp, _Alloc>
所以sizeof(list<xx>)=16，两个指针。每一个真正的节点首先是包含两个指针，然后是元素内容(_List_node)。
通过代码输出list的内容：
#define NEXT(ptr, T) do { \
void *n = *(char**)ptr; \
T val = *(T*)((char**)ptr + 2); \
printf("list item %p val: 0x%x\n", ptr, val); \
ptr = n; \
} while (0)
template <typename T>
void ds_list_i(void *p) {
void *ptr = *(char**)p;
NEXT(ptr, T);
NEXT(ptr, T);
NEXT(ptr, T);
}
size_t ds_list() {
std::list<int> lst;
lst.push_back(0x11);
lst.push_back(0x22);
lst.push_back(0x33);
ds_list_i<int>(&lst);
return lst.size();
}
在gdb中可以以下方式遍历该list：
(gdb) p p
$4 = (void *) 0x7fffffffe390
(gdb) x/1a p
0x7fffffffe390: 0x606080
(gdb) x/1xw 0x606080+16 # 元素1
0x606090: 0x00000011
(gdb) x/1a 0x606080
0x606080: 0x6060a0
(gdb) x/1xw 0x6060a0+16 # 元素2
0x6060b0: 0x00000022
map
map使用的是红黑树实现，实际使用的是stl_tree.h实现：
bits/stl_map.h
typedef _Rb_tree<key_type, value_type, _Select1st<value_type>,
key_compare, _Pair_alloc_type> _Rep_type;
...
_Rep_type _M_t;
...
iterator
begin()
{ return _M_t.begin(); }
bits/stl_tree.h
struct _Rb_tree_node_base
{
typedef _Rb_tree_node_base* _Base_ptr;
typedef const _Rb_tree_node_base* _Const_Base_ptr;
_Rb_tree_color _M_color;
_Base_ptr _M_parent;
_Base_ptr _M_left;
_Base_ptr _M_right;
...
};
template<typename _Val>
struct _Rb_tree_node : public _Rb_tree_node_base
{
typedef _Rb_tree_node<_Val>* _Link_type;
_Val _M_value_field;
};
template<typename _Key_compare,
bool _Is_pod_comparator = std::__is_pod<_Key_compare>::__value>
struct _Rb_tree_impl : public _Node_allocator
{
_Key_compare _M_key_compare;
_Rb_tree_node_base _M_header;
size_type _M_node_count; // Keeps track of size of tree.
...
}
_Rb_tree_impl<_Compare> _M_impl;
...
iterator
begin()
{
return iterator(static_cast<_Link_type>
(this->_M_impl._M_header._M_left));
}
所以可以看出，大部分时候(取决于_M_key_compare) sizeof(map<xx>)=48，主要的元素是：
_Rb_tree_color _M_color; // 节点颜色
_Base_ptr _M_parent; // 父节点
_Base_ptr _M_left; // 左节点
_Base_ptr _M_right; // 右节点
_Val _M_value_field // 同list中节点技巧一致，后面是实际的元素
同list中的实现一致，map本身作为一个节点，其不是一个存储数据的节点，
_Rb_tree::end
iterator
end()
{ return iterator(static_cast<_Link_type>(&this->_M_impl._M_header)); }
由于节点值在_Rb_tree_node_base后，所以任意时候拿到节点就可以偏移这个结构体拿到节点值，节点的值是一个pair，包含了key和value。
在gdb中打印以下map的内容：
size_t ds_map() {
std::map<std::string, int> imap;
imap["abc"] = 0xbbb;
return imap.size();
}
(gdb) p/x &imap
$7 = 0x7fffffffe370
(gdb) x/1a (char*)&imap+24 # _M_left 真正的节点
0x7fffffffe388: 0x606040
(gdb) x/1xw 0x606040+32+8 # 偏移32字节是节点值的地址，再偏移8则是value的地址
0x606068: 0x00000bbb
(gdb) p *(char**)(0x606040+32) # 偏移32字节是string的地址
$8 = 0x606028 "abc"
或者很多时候没有必要这么装逼+蛋疼：
(gdb) p *(char**)(imap._M_t._M_impl._M_header._M_left+1)
$9 = 0x606028 "abc"
(gdb) x/1xw (char*)(imap._M_t._M_impl._M_header._M_left+1)+8
0x606068: 0x00000bbb
完