程序分析是以某種語言書寫的程序為對象，對其內(nèi)部的運(yùn)作流程進(jìn)行分析。程序分析的目的主要有三點(diǎn)：一是通過程序內(nèi)部各個模塊之間的調(diào)用關(guān)系，整體上把握程序的運(yùn)行流程，從而更好地理解程序，從中汲取有價值的內(nèi)容。二是以系統(tǒng)優(yōu)化為目的，通過對程序中關(guān)鍵函數(shù)的跟蹤或者運(yùn)行時信息的統(tǒng)計，找到系統(tǒng)性能的瓶頸，從而采取進(jìn)一步行動對程序進(jìn)行優(yōu)化。最后一點(diǎn)，程序分析也有可能用于系統(tǒng)測試和程序調(diào)試中。當(dāng)系統(tǒng)跟蹤起來比較復(fù)雜，而某個BUG又比較難找時，可以通過一些特殊的數(shù)據(jù)構(gòu)造一個測試用例，然后將分析到的函數(shù)調(diào)用關(guān)系和運(yùn)行時實際的函數(shù)調(diào)用關(guān)系進(jìn)行對比，從而找出錯誤代碼的位置。

程序分析工具不同于調(diào)試器，它只產(chǎn)生程序運(yùn)行時某些函數(shù)的調(diào)用次數(shù)、執(zhí)行時間等等宏觀信息，而不是每條語句執(zhí)行時的詳細(xì)信息。Gprof是Linux下一個強(qiáng)有力的程序分析工具。對于C、Pascal或者Fortran77語言的程序，它能夠以“日志”的形式記錄程序運(yùn)行時的統(tǒng)計信息：程序運(yùn)行中各個函數(shù)消耗的時間和函數(shù)調(diào)用關(guān)系，以及每個函數(shù)被調(diào)用的次數(shù)等等。從而可以幫助程序員找出眾多函數(shù)中耗時最多的函數(shù)，也可以幫助程序員分析程序的運(yùn)行流程。相信這些功能對于分析開源代碼的程序員來說，有著相當(dāng)大的誘惑力。

用gprof分析程序

用gprof對程序進(jìn)行分析主要分以下三個步驟：

l???????? 用編譯器對程序進(jìn)行編譯，加上-pg參數(shù)。

l???????? 運(yùn)行編譯后的程序。

l???????? 用gprof命令查看程序的運(yùn)行時信息。

先以一個簡單的例子演示一下吧。隨便找一個能夠運(yùn)行的程序的源代碼，比如下面的文件test.c：

?

#include <stdio.h> 
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
static void my_print (char *); 
static void my_print2 (char *); main () 
{ 
char my_string[] = "hello world!"; 
my_print (my_string); 
my_print2 (my_string); 
my_print (my_string); 
} void count_sum() 
{ 
int i,sum=0; 
for(i=0; i<1000000; i++) 
sum += i; 
} 
void my_print (char *string) 
{ 
count_sum(); 
printf ("The string is %s ", string); 
} void my_print2 (char *string) 
{ 
char *string2; int size, i,sum =0; count_sum(); 
size = strlen (string); 
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i < size; i++) 
string2[size -1 - i] = string[i]; string2[size] =' ';
for(i=0; i<5000000; i++) 
sum += i; 
printf ("The string printed backward is %s ", string2); 
} 

首先，用以下命令進(jìn)行編譯：

?????? [root@localhost]#gcc –o test –pg test.c

然后，運(yùn)行可執(zhí)行文件test.

?????? [root@localhost]#./test

運(yùn)行后，在當(dāng)前目錄下將生成一個文件gmon.out，這就是gprof生成的文件，保存有程序運(yùn)行期間函數(shù)調(diào)用等信息。

最后，用gprof命令查看gmon.out保存的信息：

?????? [root@localhost]#gprof test gmon.out –b

這樣就有一大堆信息輸出到屏幕上，有函數(shù)執(zhí)行單間，函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖等等，如下：

?也可以使用命令$ gprof hello | more

以上介紹了gprof最簡單的使用方法，下面針對其使用過程中的三個步驟詳細(xì)說明。

編譯和鏈接

上面的例子中，程序比較簡單，只有一個文件。如果源代碼有多個文件，或者代碼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，編譯過程中先生成若干個目標(biāo)文件，然后又由鏈接器將這些目標(biāo)文件鏈接到一起，這時該怎么使用gprof呢？

對于由多個源文件組成的程序，編譯時需要在生成每個.o文件的時候加上-pg參數(shù)，同時在鏈接的時候也要加上-pg參數(shù)。對于鏈接器不是GCC的情況，如ld，又有特殊的要求。

同時，-pg參數(shù)只能記錄源代碼中各個函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，而不能記錄庫函數(shù)的調(diào)用情況。要想記錄每個庫函數(shù)的調(diào)用情況，鏈接的時候必須指定庫函數(shù)的動態(tài)（或者靜態(tài)）鏈接庫libc_p.a，即加上-lc_p，而不是-lc。

還要說明的是，如果有一部分代碼在編譯時指定了-pg參數(shù)，而另一部分代碼沒有指定，則生成的gmon.out文件中將缺少一部分函數(shù)，也沒有那些函數(shù)的調(diào)用關(guān)系。但是并不影響gprof對其它函數(shù)進(jìn)行記錄。

運(yùn)行

編譯好的程序運(yùn)行時和運(yùn)行一般的程序沒有什么不同，只是比正常的程序多生成了一個文件gmon.out。注意，這個文件名是固定的，沒法通過參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行改變。如果程序目錄中已經(jīng)有一個gmon.out，則它會被新的gmon.out覆蓋掉。

關(guān)于生成的gmon.out文件所在的目錄，也有以下約定：程序退出時所運(yùn)行的文件所在目錄就是生成的gmon.out文件所在的目錄。如果一個程序執(zhí)行過程中調(diào)用了另一個程序，并在另一個程序的運(yùn)行中終止，則gmon.out會在另一個程序所在的目錄中生成。

還有一點(diǎn)要注意的就是當(dāng)程序非正常終止時不會生成gmon.out文件，也因此就沒法查看程序運(yùn)行時的信息。只有當(dāng)程序從main函數(shù)中正常退出，或者通過系統(tǒng)調(diào)用exit()函數(shù)而退出時，才會生成gmon.out文件。而通過底層調(diào)用如_exit()等退出時不會生成gmon.out。

查看

查看程序運(yùn)行信息的命令是gprof，它以gmon.out文件作為輸入，也就是將gmon.out文件翻譯成可讀的形式展現(xiàn)給用戶。其命令格式如下：

?????? gprof [可執(zhí)行文件] [gmon.out文件] [其它參數(shù)]

方括號中的內(nèi)容可以省略。如果省略了“可執(zhí)行文件”，gprof會在當(dāng)前目錄下搜索a.out文件作為可執(zhí)行文件，而如果省略了gmon.out文件，gprof也會在當(dāng)前目錄下尋找gmon.out。其它參數(shù)可以控制gprof輸出內(nèi)容的格式等信息。最常用的參數(shù)如下：

l???????? -b 不再輸出統(tǒng)計圖表中每個字段的詳細(xì)描述。

l???????? -p 只輸出函數(shù)的調(diào)用圖（Call graph的那部分信息）。

l???????? -q 只輸出函數(shù)的時間消耗列表。

l???????? -e Name 不再輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖（除非它們有未被限制的其它父函數(shù)）。可以給定多個 -e 標(biāo)志。一個 -e 標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。

l???????? -E Name 不再輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖，此標(biāo)志類似于 -e 標(biāo)志，但它在總時間和百分比時間的計算中排除了由函數(shù)Name 及其子函數(shù)所用的時間。

l???????? -f Name 輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖。可以指定多個 -f 標(biāo)志。一個 -f 標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。

l???????? -F Name 輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖，它類似于 -f 標(biāo)志，但它在總時間和百分比時間計算中僅使用所打印的例程的時間。可以指定多個 -F 標(biāo)志。一個 -F 標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。-F 標(biāo)志覆蓋 -E 標(biāo)志。

l???????? -z 顯示使用次數(shù)為零的例程（按照調(diào)用計數(shù)和累積時間計算）。

不過,gprof不能顯示對象之間的繼承關(guān)系,這也是它的弱點(diǎn).

?

gprof 實現(xiàn)原理：
gprof并不神奇，在編譯和鏈接程序的時候（使用 -pg 編 譯和鏈接選項），gcc 在你應(yīng)用程序的每個函數(shù)中都加入了一個名為mcount（or“_mcount”, or“__mcount”） 的函數(shù)，也就是說-pg編譯的應(yīng)用程序里的每一個函數(shù)都會調(diào)用mcount, 而mcount會在內(nèi)存中保存一張函數(shù) 調(diào)用圖，并通過函數(shù)調(diào)用堆棧的形式查找子函數(shù)和父函數(shù)的地址。這張調(diào)用圖也保存了所有與函數(shù)相關(guān)的調(diào)用時間，調(diào)用次數(shù)等等的所有信息。

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的程序分析工具gprof介绍的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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