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Android开发中的Native 调试

article 2025/3/20 8:10:52

在 Android 开发中，当涉及 Native（C/C++）代码时，获取和分析 Backtrace（调用栈） 是定位崩溃、内存泄漏等问题的关键。以下是详细的操作方法和工具说明：

一、为什么需要 Native Backtrace？

场景：Native 层代码崩溃（如空指针、内存访问越界）、性能瓶颈或未处理的异常。
优势：直接定位到 C/C++ 函数调用链，而非 Java 层的抽象日志。

二、获取 Native Backtrace 的常用方法

1. 使用 `ndk-stack` 工具

ndk-stack 是 Android NDK 自带的命令行工具，可以将 Linux 内核的崩溃报告（如 /data/tombstones/ 中的文件）转换为可读的源码行号和函数调用栈。

步骤：

确保环境配置：
- 安装 Android NDK（推荐 r21+）。
- 设置环境变量 ANDROID_NDK 指向 NDK 路径。
bash
```
export ANDROID_NDK=/path/to/your/ndk
```
获取崩溃日志：
- 通过 adb 获取设备的 Tombstone 文件：
  bash
```
adb pull /data/tombstones/
```
- 或直接在 Logcat 中搜索关键字（如 signal 11 表示段错误）。

运行 ndk-stack：

bash

# 进入 NDK 根目录
cd $ANDROID_NDK
# 使用 ndk-stack 分析 Tombstone 文件
./ndk-stack --sym-dir /path/to/your/app/obj/local/<ABI> --tombstone /path/to/tombstone_XXXX

<ABI>：目标架构（如 armeabi-v7a, arm64-v8a, x86 等）。
--sym-dir：指定编译生成的符号目录（通常为 obj/local/<ABI>）。

输出示例：

#0  0x00000000 in ?? ()
#1  0xdeadbeef in foo() at /path/file.cpp:123
#2  0xabcdef12 in bar() at /path/file.cpp:456

2. 使用 `addr2line` 工具

addr2line 是 GNU 工具链的一部分，用于将内存地址转换为源码行号。

步骤：

编译时保留调试信息：
- 在 CMakeLists.txt 或 Android.mk 中启用调试标志：
  cmake
```
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -g") # 添加 -g 生成调试信息
```
运行 addr2line：
bash
```
# 将崩溃地址转换为行号
addr2line -e /path/to/your/app/libfoo.so <address>
```
- -e：指定可执行文件路径。
- <address>：从 Tombstone 或 logcat 中获取的崩溃地址。
输出示例：
```
/path/file.cpp:123
```

3. 使用 LLDB 调试

通过 Android Studio 的 LLDB 插件直接调试 Native 代码，实时查看调用栈。

步骤：

配置项目：

在 build.gradle 中启用 C/C++ 支持：

groovy

android {
    defaultConfig {
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags "-g" # 启用调试信息
            }
        }
    }
}

启动调试会话：
- 在 Android Studio 中点击 Debug 按钮，附加到运行的设备。
- 触发崩溃后，LLDB 控制台会自动暂停并显示调用栈：
```
thread #1: 0x00000000 in ?? ()
  #0  0x00000000 in ?? ()
  #1  0xdeadbeef in foo() at /path/file.cpp:123
  #2  0xabcdef12 in bar() at /path/file.cpp:456
```

4. 从 Logcat 直接获取

某些崩溃会自动输出 Native 调用栈到 Logcat（需编译时启用符号支持）。

步骤：

启用符号导出：

在 AndroidManifest.xml 中添加：
xml
```
<application android:debuggable="true">
```

在 build.gradle 中设置：

groovy

android {
    buildTypes {
        debug {
            jniDebuggable true
        }
    }
}

查看 Logcat：
- 触发崩溃后，在 Logcat 中搜索 Native crash 或 signal 关键字：
```
E 123456789: Native crash
ADB shell dumpsys gfxinfo <package> --latency SurfaceView
```

三、常见问题排查

1. 符号文件缺失

现象：ndk-stack 输出 unknown function。
解决：
- 确保编译时启用了 -g 标志。
- 检查符号目录路径是否正确（obj/local/<ABI>）。
- 确认设备上的 ABI 与编译目标一致。

2. 编译优化干扰调试

现象：地址映射混乱（如 0xdeadbeef）。
解决：
- 关闭编译优化（在 CMakeLists.txt 中添加）：
  cmake
```
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -O0") # 禁用优化
```

3. 内存错误未触发崩溃

现象：内存泄漏或非法访问未导致崩溃。
解决：
- 使用 AddressSanitizer (ASan) 或 Valgrind 检测内存问题：
  cmake
```
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -fsanitize=address")
```

四、高级技巧

1. 自定义崩溃处理

在 Native 代码中捕获信号（如 SIGSEGV）并手动打印调用栈：

cpp

#include <execinfo.h>
#include <signal.h>

void signal_handler(int signum) {
    void *array[100];
    size_t size = backtrace(array, 100);
    backtrace_symbols_fd(array, size, STDERR_FILENO);
    exit(1);
}

// 注册信号处理
signal(SIGSEGV, signal_handler);

2. 使用 `unwind` 库

Android NDK 提供 <unwind.h> 和 <libunwind.h> 库，可编程化生成调用栈：

cpp

#include <unwind.h>

void print_backtrace() {
    unw_cursor_t cursor;
    unw_init_remote(&cursor, getpid(), "/proc/self/exe");
    while (unw_step(&cursor) > 0) {
        unw_word_t ip, sp, offset;
        char func_name[256];
        unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_IP, &ip);
        unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_SP, &sp);
        unw_get_proc_name(&cursor, func_name, sizeof(func_name), &offset);
        printf("0x%lx %s + %lx\n", ip, func_name, offset);
    }
}