まずデバックの概念

デバック：プログラムの内部構造 「なぜ」「どこで」 を理解するためにある。

実行制御
- プログラムを途中で止める
- 1行ずつ実行する
- 特定の場所まで実行する
状態観察
- 変数の値を見る
- メモリの中身を見る
- レジスタ、スタックの値、状態を見る
状態変更
- 変数の値を書き換える。
- プログラムカウンタを移動

デバックがないと？

例えば、このコードにバグがあるとします：

#include 

int calculate(int x) {
    int result = x * 2;
    result = result + 10;
    result = result / 3;  // ← どこかでおかしくなる？
    return result;
}

int main() {
    int value = 15;
    int answer = calculate(value);
    printf("Answer: %d\n", answer);  // 期待: 20, 実際: 13
    return 0;
}

デバッガなしの場合：

怪しい場所にprintfを追加

int calculate(int x) {
    printf("DEBUG: x = %d\n", x);  // ← 追加
    int result = x * 2;
    printf("DEBUG: after *2 = %d\n", result);  // ← 追加
    result = result + 10;
    printf("DEBUG: after +10 = %d\n", result);  // ← 追加
    result = result / 3;
    printf("DEBUG: after /3 = %d\n", result);  // ← 追加
    return result;
}

コンパイル
実行
「あ、ここじゃなかった」
printfを移動
また再コンパイル...

問題点：

コードが汚れる
毎回コンパイルが必要
スタックやレジスタの状態は見えない
複雑なバグだと何十個もprintfを追加する羽目に

GDBとは？

誕生は1986年フリーソフトウェア運動の父、リチャード・ストールマン (Richard Stallman) によって開発されました。「すべてのソフトウェアを自由に」というGNUプロジェクトの一環として、当時高価でクローズドだったUNIX上のデバッガに対抗するために作られました。
名前の由来 GNU Debugger の略です。
近年でも、リバースデバッグ（時間を巻き戻す機能）や、Pythonによるスクリプト制御など、強力な機能が追加され続けています。

なぜGDBなの？

オープンソース＆無料
- 誰でも使える
- ソースコード公開
- コミュニティが大きい
Linux標準
- ほとんどのディストロで標準搭載
- CTFサーバーでも使える
低レイヤーに強い
- アセンブリレベルでのデバック
- メモリ直接アクセス
- システムコール追跡

基本的な使い方

手順①：コンパイル（重要！）

GDBでソースコードと紐づけてデバッグするには、コンパイル時に -g オプションが必要です。

$ gcc -g main.c -o main

手順②：GDBの起動
作成した実行ファイルを指定して起動します。

$ gdb ./main

基本コマンド6選

コマンド	省略	実行結果
break	b	ブレークポイント（一時停止場所）を設定する
run	r	プログラムを実行開始する
next	n	1行実行して次の行へ進む（関数の中に入らない）
step	s	1行実行する（関数の中に入る）
print	p	変数の値を表示する
continue	c	次の一時停止場所まで一気に進める

低レイヤー向けコマンド

カテゴリ	コマンド	省略	実行結果
情報の取得	`info registers`	`i r`	レジスタの状態を見る
	`info functions`	`i func`	定義されている関数の一覧とアドレスコード
	`info proc mappings`	`i proc m`	メモリの配置（スタックやヒープの場所）を見る
コード閲覧	`disassemble`	`disas`	アセンブリ言語としてコードを表示する
メモリ調査	`x`	-	指定したアドレスのメモリをダンプする
状態改変	`set`	-	レジスタやメモリの値を強制的に書き換える

実践

// demo
#include <stdio.h>

int check_secret(int *input) {
    int secret = 12345;

    // ここで比較が行われる
    if (*input == secret) {
        return 1; // Win
    } else {
        return 0; // Lose
    }
}

int main() {
    int guess = 0; // 0なので絶対に一致しない

    printf("Game Start!\n");

    if (check_secret(&guess)) {
        printf("Win! :)\n");
    } else {
        printf("Lose... :(\n");
    }

    return 0;
}

この上記のコードをgdbを用いてWinを出力できるようにしていきます。

ルート

実行制御
- 勝敗判定を行う check_secret 関数にブレークポイントを設定し、プログラムを実行します。
メモリ調査
- 引数 input（ポインタ）が、メモリ上のどのアドレスを指しているかを確認します。
値の書き換え
- 特定したアドレスにある値を、GDBから直接書き換えて正解の値（12345）にします。
検証
- プログラムを再開し、Win! が出力されることを確認します。

１　実行制御

コンパイル
まずデバッグ情報(-g)を付けて、最適化を無効(-O0)にしてコンパイルします。 ※最適化されると、変数がメモリから消されてレジスタだけで処理されたり、処理順序が変わったりして追いにくくなるためです。

$ gcc -g -O0 demo.c -o demo

gdb起動とターゲット
GDBを起動したら、まずは「どんな関数があるか」を確認します。

i func: 定義されている関数の一覧を表示します。

$ gdb ./demo

(gdb) i func
All defined functions:

File demo.c:
3:      int check_secret(int *); <--目標
14:     int main();

ブレークポイント設定と実行
check_secretの入り口にブレイクポイントを指定して、プログラムを実行します。

b <関数名>: 指定した関数の入り口で止めるよう設定します。
r: プログラムを実行開始します。

(gdb) b check_secret
Breakpoint 1 at 0x1175: file demo.c, line 4.
(gdb) r
Game Start!
Breakpoint 1, check_secret (input=0x7fffffffddf4) at demo.c:4
4           int secret = 12345;

2 メモリ調査

プログラムは止まっているので、まだ負ける判定を確認していません。引数として渡されたポインタ inputが、メモリ上のどこを指し、どんな値を持っているのかを特定します。

ポインタのアドレス確認
まずは変数 input そのものの値を表示します。これは「値」ではなく「アドレス」です。

p <変数名>: 変数の内容を表示します。

(gdb) p input
$1 = (int *) 0x7fffffffddf4

値の確認
ipnutのアドレスをもちいて、ポインタの前に * を付けて、中身を見ます。

(gdb) p *input
$2 = 0

値は 0 でした。これが正解の 12345 と一致しないため、このまま進むと Lose になります。

※今回はpは int *input はC言語のポインタですが、 x コマンドでメモリを直接覗くのが一般的です。

x/d <アドレス>: 指定した場所のメモリを/dで10進数(Decimal)で表示します。

(gdb) x/d input
0x7fffffffddf4: 0

3 値の書き換え

ポインタinputが指すメモリの値は0であることが確認できました。このままでは勝てないので、GDBの機能を使って、このメモリの値を強制的に正解の 12345 に上書きします。

メモリの改変
代入式と同じ感覚で、ポインタの中身を書き換えることができます。
set <変数または式> = <値>: 指定した変数やメモリに値を代入します。

(gdb) set *input = 12345　　<-書き換え
(gdb) p *input
$3 = 12345　　
(gdb) x/d input　　
0x7fffffffddf4: 12345

※ *input（inputが指す先のメモリ）に対して 12345を代入しました。これで、main関数にある変数guessの実体も、書き換わったことになります（ポインタなので）。

4　検証

プログラムの再開
一時停止を解除し、残りの処理を一気に実行させます。
c: 次のブレークポイントまで（なければ最後まで）処理を継続します。

(gdb) c
Continuing.
Win! :)
[Inferior 1 (process 3428) exited normally]

Lose... ではなく、Win! :) が表示されました！ソースコードを1文字も書き換えることなく、GDBによるメモリ操作だけで、できました。