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Lua中如何实现类似gdb的断点调试--02通用变量打印

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在前一篇01最小实现中，我们实现了Lua断点调试的的一个最小实现。我们编写了一个模块，提供了两个基本的接口：设置断点和删除断点。

虽然我们已经支持在断点进行变量的打印，但是需要自己指定层数以及变量索引，使用起来不是很方便。要进行upvalue打印的话，操作会更加麻烦。为了提升调试的方便性，我们决定封装一个通用的变量打印函数，可以通过变量名查找到对应变量的值进行打印。支持局部变量、upvalue以及全局的_ENV中的变量。

本文代码已开源至Github，欢迎watch/star😘。

局部变量中查找

因为函数比较长，我们分几部分进行说明，该函数有三个参数：name为要查找的变量的名字，level指示在哪个层级的函数中查找，isenv是个标记我们稍后再提。层级的默认值为1， 注意将层级加上1，是为了将层次修正为包含_getvavalue函数自己。

然后遍历局部变量表，比较变量名字是不是等于name，如果匹配的话记录其值，并且标记一下我们已经找到。注意我们找到之后并没有立马跳出循环，因为可能具有多个同名的局部变量，我们应该获取索引最大的那个。

循环结束之后，如果已经在局部变量中找到了name，就返回"local"和变量的值。

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local function _getvarvalue (name, level, isenv)
    local value
    local found = false
    
    -- 加1将层次纠正为包括_getvarvalue自己
    level = (level or 1) + 1
    -- 尝试局部变量
    for i = 1, math.huge do
        local n, v = debug.getlocal(level, i)
        if not n then break end
        if n == name then
            value = v
            found = true
            -- 这里不跳出，获取具有最大索引的那个局部变量
        end
    end
    if found then return "local", value end
    
    -- 省略
end

上值中查找

如果在局部变量中没有找到，我们再尝试到upvalue中进行查找。首先通过getbug.getinfo获取到第level层的函数，然后遍历其上值，如果找到匹配的变量就返回"upvalue"和变量值。

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local function _getvarvalue (name, level, isenv)
    -- 省略
    
    -- 尝试非局部变量
    local func = debug.getinfo(level, "f").func
    for i = 1, math.huge do
        local n, v = debug.getupvalue(func, i)
        if not n then break end
        if n == name then return "upvalue", v end
    end
    
    -- 省略
end

_ENV表中查找

如果在普通的上值中还是没有找到，我们就去_ENV表中查找。isenv标志表示当前name是否就是"_ENV"，是用来防止无限循环调用的，第一次调用的时候肯定不是。然后将"_ENV"作为name递归调用_getvarvalue。因为多了一次函数调用，第二次调用的时候level又会自动加1。接下来还是先后在局部变量和上值中查找，找到了就返回类型和变量值。没有找到的话，返回"noenv"。

然后返回到外层的_getvarvalue，判断第二个返回值是否为真，如果是说明找到了_ENV表，就从_ENV表中获取名为name的值，否则直接返回"noenv"。

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local function _getvarvalue (name, level, isenv)
	-- 省略
    
    if isenv then return "noenv" end	-- 避免无限循环
    
    -- 没找到，从环境中获取
    local _, env = _getvarvalue("_ENV", level, true)
    if env then
        return "global", env[name]
    else
        return "noenv"
    end
end

包装函数

_getvarvalue函数已经定义好了，我们再定义一个包装函数printvarvalue。如果第二个返回值为真，表示找到了变量，就打印变量类型及结果，否则提示未找到。

注意到我们这里将`level`层次数加了4，目的是跟`_getvarvalue`函数中类似，也是为了修正层次数以包含`printvarvalue`函数自身以及其上层的`debug mainchunk`、`debug.debug`以及钩子函数。这样当`level`参数为1时就表示断点所在的函数。同样地，如果level不指定默认为1，即断点所在函数。2表示断点所在函数上一层，以此类推。当然如果你有特殊需求，你也可以指定层次为0，查看hook函数的情况。 
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-- 包装 _getvarvalue, 打印结果
local function printvarvalue (name, level)
    -- level默认值1
    -- 加4，将层次纠正为包含 printvarvalue, debug mainchunk, debug.debug和hook
    level = (level or 1) + 4
    local where, value = _getvarvalue(name, level)
    if value then
        print(where, value)
    else
        print(name, "not found")
    end
end

最后将printvarvalue函数作为模块的函数输出。

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return {
    setbreakpoint = setbreakpoint,
    removebreakpoint = removebreakpoint,
    printvarvalue = printvarvalue,
}

测试脚本

OK，调试库我们已经改好了，接下来将我们之前的测试脚本test.lua稍做修改。在开头添加如下一行：

pv = luadebug.printvarvalue

为了方便在断点内部调用，我们将其写到全局变量里了。然后调整下断点的行号，换一下断点删除的顺序，其他内容保持不变。

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local luadebug = require "luadebug"
local setbp = luadebug.setbreakpoint
local rmbp = luadebug.removebreakpoint
pv = luadebug.printvarvalue		-- 增加这一行

g = 1

local u = 2
local function foo (n)
    local a = 3
    a = a + 1
    u = u + 1
    g = g + 1
end

local function bar (n)
    n = n + 1
end

local id1 = setbp(foo, 12)		-- 行号调整
local id2 = setbp(bar, 17)		-- 行号调整

foo(10)
bar(10)

rmbp(id2)						-- 先删除断点2

foo(20)
bar(20)

rmbp(id1)						-- 再删除断点1

foo(30)
bar(30)

测试验证

接下来，让我们来测试一把。可以看到无论是局部变量、upvalue、还是全局_ENV表中的变量，都可以很方便地获取值。

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$ lua test.lua
(local)foo test.lua:12
lua_debug> pv("a")
local	4
lua_debug> pv("u")
upvalue	2
lua_debug> pv("g")
global	1
lua_debug> pv("x")
x	not found
lua_debug>

第二次停到foo函数断点处，u和g都已经加1。

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lua_debug> cont
(local)bar test.lua:17
lua_debug> cont
(local)foo test.lua:12
lua_debug> pv("a")
local	4
lua_debug> pv("u")
upvalue	3
lua_debug> pv("g")
global	2
lua_debug>

我们尝试显式指定层数，结果一样

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lua_debug> pv("a", 1)
local	4
lua_debug> pv("u", 1)
upvalue	3
lua_debug> pv("g", 1)
global	2
lua_debug>

我们再尝试打印上一层的变量（即main chunk），结果都符合预期。变量a是foo里的局部变量应该找不到，变量u在main chunk中是局部变量，全局变量g则没啥区别。

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lua_debug> pv("a", 2)
a	not found
lua_debug> pv("u", 2)
local	3
lua_debug> pv("g", 2)
global	2

OK，大功告成！

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