排错实战 | 记一次曲折的多资源文件拆分折腾过程（3）在 windows 下用 linux 神器 gdb 调试 git

前言

在前面两篇文章记一次曲折的多资源文件拆分折腾过程（1）和记一次曲折的多资源文件拆分折腾过程（2）中，已经把折腾过程中遇到的问题都弄清楚了。因为对这个问题印象太深刻了，而且 git 又是开源的，于是特地翻看了 git 的源码，并且在 windows 上用 gdb 简单调试了一波。

说明： 本篇文章适合 geek 阅读，全是一些源码查看及编译环境+调试的总结。

git 源码下载

在 github 上找到 git for windows 的仓库，https://github.com/git-for-windows/git，使用如下命令克隆下来即可。

# 说明：可能需要科学上网才能正常克隆

# 如果只想获得最新的提交可以使用下面的命令
git clone --depth 1 https://github.com/git-for-windows/git.git

# 如果想克隆所有提交集，执行下面的命令
git clone https://github.com/git-for-windows/git.git

当然，也可以直接下载压缩包。在 git 仓库的主页的右上侧有一个名为 Code 的按钮，点击后，会弹出一个悬浮框，里面有几个选项，其中一个是 Download ZIP 按钮，点击此按钮即可下载压缩好的代码。

download-git-zip-from-github

说明：

git-for-windows/git fork 自 git/git ，也可以从 https://github.com/git/git 下载。

如果仅仅想查看代码的话，可以通过此方式下载。如果想调试 git 的话，不必在这里手动下载，可以通过后面介绍的 sdk init git 进行下载。

明确目标

主要有两点疑惑需要解答。

为什么在 .gitattributes 中把 .rc 的 working-tree-mode 设置成 UTF-16LE 后，在执行 git add 的时候会报错，提示设置成 UTF-16？
执行 git checkout . 的时候，是否会把 utf8 编码的内容转换成 working-tree-encoding 中指定的编码格式吗？

查看代码

本以为很简单就能找到关键代码，但是代码复杂度远超过最初的预想。不过好在整个代码组织结构还是非常清楚规范的 —— 基本上每个子命令都有一个对应的 .c 文件，比如 add 对应的文件是 builtin\add.c。对应的功能入口函数名以 cmd_ 开头，加上命令名，比如 add 命令对应的入口函数是 cmd_add。

查看 git add 对应的代码执行流程，确认在哪里做的检查，并报的警告。

git add 命令对应的入口函数是 builtin/add.c 中的 cmd_add。

刚开始查看的时候，是从 cmd_add 看起的，因为这个是 git add 对应的入口函数。由于对 git 源码不熟悉，花费了很长时间，于是转换思路，从报错信息往回找。搜索提示中的关键字 contains a byte order mark (BOM).，很快就搜到了关键函数——convert.c 中的 static int validate_encoding(const char *path, const char *enc, const char *data, size_t len, int die_on_error)

validate_encoding

从代码上看，是进入到了 has_prohibited_utf_bom(enc, data, len) 对应的分支中。按住 ctrl，用鼠标点击对应的函数，就跳转到了对应函数的实现。对应的实现在 utf8.c 中。摘录如下：

has_prohibited_utf_bom

大概意思是，如果指定了 UTF-16BE 或者 UTF-16LE （另外一个分支是 UTF-32BE UTF-32LE）并且在文件中检测到了对应的 BOM 头，就报错。对应的 BOM 头定义如下：

static const char utf16_be_bom[] = {'\xFE', '\xFF'};
static const char utf16_le_bom[] = {'\xFF', '\xFE'};
static const char utf32_be_bom[] = {'\0', '\0', '\xFE', '\xFF'};
static const char utf32_le_bom[] = {'\xFF', '\xFE', '\0', '\0'};

.rc 文件中确实有 utf16_be_bom。

show-rc-bom-header

看来，如果 working-tree-encoding 指定为 UTF-16LE 或 UTF-16BE，那么文件中不能包含 BOM 头。也就是说 UTF-16LE/BE 对应的文件应该是不包含 BOM 头的。

值得注意的是，validate_encoding() 函数中还做了另外一个判断，也就是 is_missing_required_utf_bom()。如果 working-tree-encoding 指定为 UTF-16, 那么必须指定 UTF-16LE 或者 UTF-16BE。

找到了最关键的函数，向上找一找谁调用了这个函数，可以在 validate_encoding() 上，右键，选择 Lookup References... 就可以查看所有引用此函数的地方了，后面会多次用到这个方法，这里放一张动态图，后面就不赘述了。

lookup-references

说明：如果已经有了搜索结果，Source Insight 会提示追加还是覆盖。我一般选的是追加。

因为调用链比较长，我挑选了一条可能的调用链，如下：

cmd_add() // builtin/add.c
    -> add_files() // builtin/add.c
     -> add_file_to_index() // read-cache.c
      -> add_to_index() // read-cache.c
       -> index_path() // object-file.c
        -> index_fd() // object-file.c
         -> index_stream_convert_blob() // object-file.c
          -> convert_to_git_filter_fd() // convert.c
           -> encode_to_git() // convert.c
            -> validate_encoding() // convert.c

整个过程是使用 Lookup References... 从下向上查找的。

至此，git add . 对应的调用栈就整理出来了。接下来，需要确定的是：在执行 git checkout . 时，是否会像文档中描述的那样执行编码转换工作？

查看 git checkout . 的执行流程，确认是否有编码转换相关调用。

与 add 一样，checkout 命令对应的入口函数也在 builtin目录下，对应的文件名是 checkout.c，对应的入口函数是 cmd_checkout。git restore 和 git switch 对应的入口函数的实现也在这个文件中，而且都调用了 checkout_main。

查找调用函数的过程中，发现在 entry.c 中的 write_entry() 函数中有如下代码片段

/*
* Convert from git internal format to working tree format
*/
if (dco && dco->state != CE_NO_DELAY) {
  ret = async_convert_to_working_tree_ca(ca, ce->name, new_blob, size, &buf, &meta, dco);
  if (ret && string_list_has_string(&dco->paths, ce->name)) {
    free(new_blob);
    goto delayed;
  }
} else {
  ret = convert_to_working_tree_ca(ca, ce->name, new_blob, size, &buf, &meta);
}

根据注释可以猜测，这个是把内部存储格式转换成工作目录所需的格式。

最后一个函数是 reencode_string_len()，对应的实现如下：

reencode_string_len

可以很明显的发现，reencode_string_len() 在处理 out_encoding 是 UTF-16 的时候，直接按大端进行转换。这就是为什么 .rc 文件的 working_tree_encoding 设置为 UTF-16 时，执行 git checkout . 后，文件编码变成 UTF-16BE BOM 的原因了。

手动整理的调用链如下：

cmd_checkout() // builtin/checkout.c
-> checkout_main() // builtin/checkout.c
 -> checkout_paths() // builtin/checkout.c
  -> checkout_worktree() // builtin/checkout.c
   -> checkout_entry() // builtin/checkout.c
    -> checkout_entry_ca() // builtin/checkout.c
     -> write_entry() // entry.c
      -> convert_to_working_tree_ca() // entry.c
       -> convert_to_working_tree_ca_internal() // entry.c
        -> encode_to_worktree() // convert.c
         -> reencode_string_len() // utf8.c

代码看完了，准确的说应该是猜完了。但是 git 在实际运行的时候是按照上面的流程执行的吗？万一猜错了呢？为了进一步落实打破沙锅问到底的精神，而且作为一个调试爱好者，不通过调试手段确认一下，总觉得是不踏实。而且有源码，不调试一波，实在是浪费。于是，花了半天左右的时间，根据官方文档的提示，趟出了一条调试 git 的路，验证了自己的猜想，踏实！这下能睡个安稳觉了。

调试环境搭建 & 编译

windows并没有自带 gdb 调试工具。安装好 git sdk 后，可以在安装目录下找到 gdb.exe。能在 windows下用 linux 调试神器，真香！
从网上下载的 git 应该是 release 版，不带调试符号。如果直接调试设置断点的话，gdb 会报错，提示找不到符号表。

整个环境搭建过程参照 https://github.com/git-for-windows/git/wiki/Technical-overview 和 https://github.com/git-for-windows/git/wiki/Debugging-Git 进行。

我把整个过程整理如下：

先到下载页面下载 git sdk，我下载的是 64 位的 git-sdk-installer-1.0.8-64.7z.exe。
下载好 git sdk 安装包后，以管理员权限运行。
运行成功后，执行 sdk init git（执行此命令可以帮我们下载 git 源码，就可以省去手动下载源码的步骤了）。

install-and-init-sdk

说明：在执行 sdk init git 之前，目录 C:\git-sdk-64\usr\src\git\ 里面没有源码，执行完 sdk init git ，这个目录下包含了 git 的源码文件（带完整历史记录）。如下图：

修改 C:\git-sdk-64\usr\src\git\config.mak 文件的文件内容为如下形式：

DEVELOPER=1
ifndef NDEBUG
CFLAGS := $(filter-out -O2,$(CFLAGS))
ASLR_OPTION := -Wl,--dynamicbase
BASIC_LDFLAGS := $(filter-out $(ASLR_OPTION),$(BASIC_LDFLAGS))
endif

默认下载完之后的内容如下，如果在后续步骤执行 cd usr/src/git && make install 的时候什么也没干就结束了的话，可以删除第二行，再试。

DEVELOPER=1
SKIP_DASHED_BUILT_INS=YesPlease
ifndef NDEBUG
CFLAGS := $(filter-out -O2,$(CFLAGS))
ASLR_OPTION := -Wl,--dynamicbase
BASIC_LDFLAGS := $(filter-out $(ASLR_OPTION),$(BASIC_LDFLAGS))
endif

双击 C:\git-sdk-64\ 下的 git-bash.exe，然后执行 cd usr/src/git 切换到 git 目录。

注意： 输入的是 linux 中的路径分隔符 / 而不是 windows 中的路径分隔符 \。
执行 make install，就可以开始编译了。
编译结束后，如果一切正常就生成了带符号的 git.exe。
说明：
1. 虽然生成的是 .exe 文件，但是并不会同时生成一个 git.pdb 文件。
2. 生成的文件会在 C:\git-sdk-64\usr\src\git 下，但是并不能直接执行此目录下的文件，如果直接执行会报错。
  1. 生成的 git.exe 及几个其它 .exe 文件会被自动拷贝到 C:\git-sdk-64\mingw64\bin\ 目录下，还会拷贝一些其它文件到对应目录下。可以通过 git status 查看。

使用 gdb 调试 git。大体用法如下：

1 2	# debug git checkout . C:/git-sdk-64/mingw64/bin/gdb.exe --args C:/git-sdk-64/mingw64/bin/git.exe git_cmd options

至此，调试环境已经完全搭建好了，可以开心的调试了。

首先，查看 git add . 的调用过程，明确关键检查逻辑。

明确 git add 逻辑

在调试之前，先建立一个简单的测试环境。建立一个 UTF-16LE BOM 编码的文件 utf-l6le-bom.txt，并编辑其内容为 test。设置 .gitattributes 的 working-tree-encoding 为 UTF-16LE，然后执行 git init 初始化仓库，然后就可以使用 gdb 调试 git add . 了。

prepare-for-debugging-git-add

在打开的 shell 终端中输入如下命令 C:/git-sdk-64/mingw64/bin/gdb.exe --args C:/git-sdk-64/mingw64/bin/git.exe add . 。如果成功，会像下图这样。

gdb-debug-git-add

接着为函数 validate_encoding 设置断点，在 gdb 中输入 b validate_encoding（b 是 break 的缩写），提示设置成功后，输入 r （run）使程序重新运行起来。这时候程序应该中断下来了。

set-breakpoint-on-validate_encoding-and-run

从上图可知，path 的值是 utf16-le-bom.txt，是需要 add 的文件，enc 的值是 UTF16-LE，是 working-tree-encoding 中指定的值。data 应该指向了 utf16-le-bom.txt 中的内容，len 指的是 data 的长度。查看一下 data 的具体内容。

在 gdb 中可以使用 x 命令可以查看内存中的数据（如果对 gdb 命令不不熟悉，可以输入 help cmd，即可查看对应命令的帮助了），输入 x/10bx data 即可查看从 data 开始的 10 个字节的内容了。

help-x-and-view-data

可以看到，文件内容是 UTF-16LE BOM 存储的，与磁盘上的文件内容一致。最后，看一下调用栈与之前查看源码时猜测的调用栈是否一样。输入 bt（backtrace）即可查看调用栈。

view-callstack-of-git-add

中间一些执行不太一样，不过也差不多，通过源码猜的调用栈应该是在其它情况下运行的。至此，执行 git add 时所做的编码格式检查就检查完了。

接下来，要明确的是执行 git checkout . 的时候是否会调用到编码转换的函数中去，具体传递的参数是什么？

明确 git checkout 逻辑

首先，建立一个 UTF-16LE BOM 编码的文件 utf-l6le-bom.txt，并编辑其内容为 test。设置 .gitattributes 的 working-tree-encoding 为 UTF-16，然后执行 git init && git add . && git commit -m "init"。

init-repository

然后修改 utf-16le-bom.txt 的内容为 test1，然后就可以使用 gdb 调试 git checkout . 命令了。

在打开的 shell 终端中输入如下命令

1	C:/git-sdk-64/mingw64/bin/gdb.exe --args C:/git-sdk-64/mingw64/bin/git.exe checkout .

这里就不贴图了，具体参考上面调试 git add 命令时的贴图。

接着为函数 reencode_string_len 设置断点，在 gdb 中输入 b reencode_string_len，提示设置成功后，输入 r 使程序重新运行起来。这时候程序应该中断下来了。

set-breakpoint-and-run

从图中高亮部分可知，关键参数和我们想的一样。in 是 test，也就是第一次提交的内容。insz 是 4，表示传入字符串的长度。out_encoding 是 UTF-16（working-tree-encoding 中指定的编码，写文件到磁盘上的编码）。in_encoding 是 UTF-8（ git 内部存储数据时使用的编码）。outsz 保存了传出字符串的长度。结果字符串通过返回值返回。

输入 bt 查看调用栈，如下：

checkout_call_stack

跟之前通过查看源码猜测的完全一样！（我这里只高亮了函数名，在每帧的结尾处，gdb 为我们列出了该函数所在的文件及对应的行数）。

输入 fi (finish) 结束当前函数的运行，观察返回值（返回值保存了转码后的字符串）。有汇编基础的小伙伴儿都知道，一般返回值是放在 rax 中的。输入 x/10x $rax 即可按十六进制显示从 $rax 开始的 10 个字节了，如下图：

view-out-str

可以看到，前两个字节是大端 BOM 头（0xFE 0xFF，小端 BOM 头是 0xFF 0xFE）。执行完命令后，使用十六进制查看器观察到的文件内容与调试时看到的一样，说明把编码转换后的内容写入到了磁盘中。checkout 后，磁盘文件内容下图所示：

view-file-content-with-hex-editor

如果在调试过程中想查看相关源码，可以输入 l (list) 进行查看。下图是执行 f 0 (frame 0) 切换到 0 号栈帧后，再通过 l 命令查看源码的截图。

switch-frame-and-view-source-using-line-command

至此，这两个疑惑都得到了圆满的解答！

参考资料

https://github.com/git-for-windows/git/wiki/Technical-overview

https://github.com/git-for-windows/git/wiki/Debugging-Git

https://blog.csdn.net/qq_28351609/article/details/114855630

总结

可以通过 git clone --depth 1 git_repository_url 下载最新一次提交，可以节省下载时间。也可以在 github 上通过 Download ZIP 按钮下载打好包的源码。
Source Insight 真是查看代码的神器，尤其是 Lookup References...（快捷键是 ctrl + /），可以非常方便的查看引用。按住 ctrl 后，鼠标点击函数可以跳转到函数定义的地方。
gdb 是 linux 调试神器。使用 b 可以设置断点， bt 可以查看调用栈，f N 可以切换到 N 号栈帧，x 可以查看内存中的数据，i 可以查看一些信息，r 可以让程序重新运行起来（类似于 windbg 中的 g 或者 F5），l 可以列出相关的源码。
working-tree-encoding 与文件编码的对应关系我总结到下面的表格中了，供大家参考。

working-tree-encoding	签出时的文件编码	git add 时支持的编码	说明
UTF-16LE	UTF-16 Little Endian (No BOM)	UTF-16 Little Endian (No BOM)	文件不能带 BOM
UTF-16BE	UTF-16 Big Endian (No BOM)	UTF-16 Big Endian (No BOM)	文件不能带 BOM
UTF-16LE-BOM	UTF-16 Little Endian (With BOM)	UTF-16 Little Endian (With BOM)	需要带 BOM
UTF-16BE-BOM	UTF-16 Big Endian (With BOM)	UTF-16 Big Endian (With BOM)	需要带 BOM
UTF-16	UTF-16 Big Endian (With BOM)	UTF-16 Big(Little) Endian (With BOM)	需要带 BOM。虽然接受 UTF-16 Little Endian，但是签出时会按 UTF-16 Big Endian处理！会导致编码改变。