『新时代 C/C++ 面试题』 GDB 光追
develop gdb computer graphics
前情提要：
本文代码开源于 gdb-ray-tracing 。
解释
gdb 内置了一门图灵完备的脚本语言，称为 GDB 或 gdb script 。此语言的初衷是让用户在用 gdb 调试代码时更加灵活，例如：
test.c:
#if 0
bin="$(basename "$0")" && bin="${bin%%.*}" && cc -g "$0" -o"$bin" && exec cgdb ./"$bin" -- --args "$@"
#endif
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
for (int i = 0; i < 5; i++)
printf("i = %d\n", i);
return EXIT_SUCCESS;
}
安装 cgdb 。然后：
chmod +x test.c
./test.c
进入调试界面，在 gdb REPL 中输入：
define hook-stop
set $str = "currently, i is %d\n"
if i > 3
printf $str, i
end
end
start
接下来不停 next 单步运行，在 最后一次 for 循环中将会在输出 i = 4\n 之前先打印 currently, i is 4\n 。
解决方案
gdb script 提供了 if, while 等程序控制指令和 printf, print 等输出指令。相比较 cmake 光追，方便之处在于：
- gdb 支持所有 C 语言支持的简单数据类型，比如 float 和 double ，而 cmake 不支持小数，需要用整数模拟定点小数。
- gdb 有一个 REPL
不便之处在于：
- gdb 报错不显示回溯信息，只显示回溯堆栈最顶层的位置。调试起来异常困难
- gdb 不支持变量作用域，即所有变量都是全局而非局部的。
- gdb 函数没有专门的返回指令，靠修改全局变量来返回结果。
笔者的解决方案：
- 写单元测试，先确保每个函数正常工作，再一步步拼装成一个完整的代码。函数内部用日志打印输出，和 cmake 光追的代码对比确认是否正确。顺手发现 cmake 光追的
Float_Print()函数有 bug 。 - 约定函数
foo_bar()内所有的变量都以$foo_bar_开头。同时把递归的代码改为迭代防止全局变量覆盖。 - 约定函数的返回值叫
$return
复现 bug 方法如下：
Vec3(test_vec f1 fN1 f1)
Vec3_Normalize(result_vec test_vec)
Vec3_Print(result_vec)
结果是 0.577865, -1.577866, 0.577865, 但正确答案是 0.577865, -0.577865, 0.577865 。
设置
- 采样： 1 spp
- 材质： 镜面
虽然 gdb 是 C 的调试器但 $ 开头的寄存器变量并没有地址，所以用不了卡马克平方根倒数快速算法，只是普通的牛顿迭代法。
用法
封装了一个库 ray-tracing.gdb 。在注释里写了入参和出参的类型和描述。参考 main.gdb ，使用时 source 这个库即可。
接口
python
gdb 有一个可选的 python 接口：
source test.py
test.py:
import gdb
gdb.source(
"""define hook-stop
set $str = "currently, i is %d\n"
if i > 3
printf $str, i
end
end
start"""
)
所以亦可以在 python 中完成光追的运算再只让 gdb 输出。本文的解决方案并不依赖这个接口。
非常有名的 gdb-dashboard 利用了此接口，为 gdb 实现了一个漂亮的 UI 。
shell
gdb 有一个 shell 接口。用户可以运行 bash, zsh, windows command shell 指令。类似
总结
性能极其极其低下。本文仅仅是对邱奇——图灵论题的一次验证性实验，请勿在任何生产环境中使用它！
初稿撰写于机场候机大厅及万米高空之上。
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