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簡介
在這章里，我們將會探討gcov實用程序，并且了解一下如何使用gcov來幫助測試與支持軟件配置與優(yōu)化。我們將會了解如何使用gcov來構(gòu)建軟件，并且理解他所提供的各種數(shù)據(jù)類型。最后，我們將探討當(dāng)執(zhí)行保險測試時要避免的事情。
gcov是什么？
我們從gcov可以為我們做什么開始。gcov是一個保險測試工具。當(dāng)構(gòu)建一個程序時，gcov會監(jiān)視一個程序的執(zhí)行，并且會標(biāo)識出執(zhí)行了哪一行源碼，哪 一行沒有執(zhí)行。更進(jìn)一步，gcov可以標(biāo)識出某一行源執(zhí)行的次數(shù)，這對于執(zhí)行配置很有用（程序在哪里花費了大多數(shù)的時間）。因為gcov可以分辨出哪一行 沒有執(zhí)行，這對于保險測試工具是很有用的。
讓我們來看一下如何為gcov的使用準(zhǔn)備鏡像。我們將會在接下來的部分提供更為詳細(xì)的gcov的選項，所以這里只是作為一個介紹。我們將將會使用下面的所列的bubblesort的源碼：
1: #include <stdio.h>
2:
3: void bubbleSort( int list[], int size )
4: {
5: int i, j, temp, swap = 1;
6:
7: while (swap) {
8:
9: swap = 0;
10:
11: for ( i = (size-1) ; i >= 0 ; i-- ) {
12:
13: for ( j = 1 ; j <= i ; j++ ) {
14:
15: if ( list[j-1] > list[j] ) {
16:
17: temp = list[j-1];
18: list[j-1] = list[j];
19: list[j] = temp;
20: swap = 1;
21:
22: }
23:
24: }
25:
26: }
27:
28: }
29:
30: }
31:
32: int main()
33: {
34: int theList[10]={10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};
35: int i;
36:
37: /* Invoke the bubble sort algorithm */
38: bubbleSort( theList, 10 );
39:
40: /* Print out the final list */
41: for (i = 0 ; i < 10 ; i++) {
42: printf("%d\n", theList[i]);
43: }
44:
45: }
gcov程序?qū)c編譯器工具鏈一起使用。這就意味著我們將要在其上進(jìn)行保險測試的鏡像必須用一個特殊的選項集合進(jìn)行編譯。下面是我們用來演示編譯bubbleSort.c的命令：
gcc bubblesort.c -o bubblesort -ftest-coverage -fprofile-arcs
當(dāng)我們執(zhí)行生成的程序時會生成一些包含關(guān)于程序的相關(guān)數(shù)據(jù)的文件。gcov程序?qū)褂眠@些文件來報告數(shù)據(jù)并且向開發(fā)者提供相應(yīng)的信息。當(dāng)指定 -ftest-coverage選項時會為每一個源碼生成兩個文件。這些文件會使用.bb與.bbg作為擴(kuò)展名，并且用這些文件來重組每一個可執(zhí)行程序的 程序流圖。對于-fprofile-arcs，將會生成一個包含每一個指令分支的執(zhí)行計數(shù)的以.da為擴(kuò)展名的文件。這些文件會在執(zhí)行以后與源碼文件一起 使用，來標(biāo)識源碼的執(zhí)行行為。
使用gcov程序
現(xiàn)在我們準(zhǔn)備好了我們的程序鏡像了，讓我們繼續(xù)我們其余的部分。運行我們的程序就會生成我們在前面所討論的數(shù)據(jù)集文件。然后我們使用我們希望進(jìn)行檢測的源碼運行gcov程序。如下面所示：
$ ./bubblesort
...
$ gcov bubblesort.c
100.00% of 17 source lines executed in file bubblesort.c
Creating bubblesort.c.gcov.
這告訴我們在我們的例子程序中所有的源碼行至少都執(zhí)行了一次。我們可以通過查看所生成的bubblesort.c.gcov文件來了解每一源碼行所實際運行的次數(shù)。如下面所示：
-: 0:Source:bubblesort.c
-: 0:Graph:bubblesort.gcno
-: 0:Data:bubblesort.gcda
-: 0:Runs:1
-: 0:Programs:1
-: 1:#include <stdio.h>
-: 2:void bubbleSort(int list[],int size)
1: 3:{
1: 4: int i,j,temp,swap=1;
4: 5: while(swap)
-: 6: {
2: 7: swap=0;
22: 8: for(i=(size-1);i>=0;i--)
-: 9: {
110: 10: for(j=1;j<=i;j++)
-: 11: {
90: 12: if(list[j-1]>list[j])
-: 13: {
45: 14: temp=list[j-1];
45: 15: list[j-1]=list[j];
45: 16: list[j]=temp;
45: 17: swap=1;
-: 18: }
-: 19: }
-: 20: }
-: 21: }
1: 22:}
-: 23:int main()
1: 24:{
1: 25: int theList[10]={10,9,8,7,6,5,4,3,2,1};
-: 26: int i;
-: 27: /*Invoke the buble sort algorithm*/
1: 28: bubbleSort(theList,10);
-: 29:
-: 30: /*print out the final list*/
11: 31: for(i=0;i<10;i++)
-: 32: {
10: 33: printf("%d\n",theList[i]);
-: 34: }
1: 35: return 0;
-: 36:}
現(xiàn)在讓我們來看一下其中的一些關(guān)鍵點，看一下他所提供的內(nèi)容。第一列顯示了源碼中每一行源碼所執(zhí)行的次數(shù)。在一些情況下，執(zhí)行次數(shù)并沒有提供。這些只是并不會影響代碼的簡單C源碼元素。
這些計數(shù)可以提供一些關(guān)于程序執(zhí)行的信息。例如，測試的第12行執(zhí)行了90次，而14-17行的代碼只是執(zhí)行了45次。這告訴我們當(dāng)這個函數(shù)調(diào)用了90次，真正成功的僅是45次。換句話說，大部分的測試時間浪費在兩個元素的交換上。這是由于測試數(shù)據(jù)的順序所造成的。
從這里我們可以看到代碼段中最常執(zhí)行的部分就是排序算法的內(nèi)循環(huán)部分。這是因為由于退出測試第10行要比第12行執(zhí)行的次數(shù)多一些。
查看分支概率
我們也可以使用-b選項來查看程序的分支數(shù)據(jù)。這個選項會輸出程序中每一個分支的頻度與相應(yīng)的摘要。例如，我們使用-b選項來執(zhí)行gcov命令：
$ gcov -b bubblesort.c
100.00% of 17 source lines executed in file bubblesort.c
100.00% of 12 branches executed in file bubblesort.c
100.00% of 12 branches taken at least once in file bubblesort.c
100.00% of 2 calls executed in file bubblesort.c
Creating bubblesort.c.gcov.
所生成的bubblesort.c.gcov文件如下所示。
-: 0:Source:bubblesort.c
-: 0:Graph:bubblesort.gcno
-: 0:Data:bubblesort.gcda
-: 0:Runs:1
-: 0:Programs:1
-: 1:#include <stdio.h>
-: 2:void bubbleSort(int list[],int size)
function bubbleSort called 1 returned 100% blocks executed 100%
1: 3:{
1: 4: int i,j,temp,swap=1;
4: 5: while(swap)
branch 0 taken 67%
branch 1 taken 33% (fallthrough)
-: 6: {
2: 7: swap=0;
22: 8: for(i=(size-1);i>=0;i--)
branch 0 taken 91%
branch 1 taken 9% (fallthrough)
-: 9: {
110: 10: for(j=1;j<=i;j++)
branch 0 taken 82%
branch 1 taken 18% (fallthrough)
-: 11: {
90: 12: if(list[j-1]>list[j])
branch 0 taken 50% (fallthrough)
branch 1 taken 50%
-: 13: {
45: 14: temp=list[j-1];
45: 15: list[j-1]=list[j];
45: 16: list[j]=temp;
45: 17: swap=1;
-: 18: }
-: 19: }
-: 20: }
-: 21: }
1: 22:}
-: 23:int main()
function main called 1 returned 100% blocks executed 100%
1: 24:{
1: 25: int theList[10]={10,9,8,7,6,5,4,3,2,1};
-: 26: int i;
-: 27: /*Invoke the buble sort algorithm*/
1: 28: bubbleSort(theList,10);
call 0 returned 100%
-: 29:
-: 30: /*print out the final list*/
11: 31: for(i=0;i<10;i++)
branch 0 taken 91%
branch 1 taken 9% (fallthrough)
-: 32: {
10: 33: printf("%d\n",theList[i]);
call 0 returned 100%
-: 34: }
1: 35: return 0;
-: 36:}
從這里我們可看到這與上面的文件相類似，但是這一次每一個分支點都用他們的頻度進(jìn)行了標(biāo)示。
分支點依賴于目標(biāo)結(jié)構(gòu)建指令集。第12行是一個簡單的if語句，所以有一個分支點。在這里我們可以注意到這是50%，這通過我們前面觀察程序的執(zhí)行次數(shù)可 以看出。其他的分支點有一些難于分析。例如，第7行是一個while語句，有兩個分支點。在X86匯編中，這一行分編譯成我們下面所看到的樣子：
1: cmpl $0, -20(%ebp)
2: jne .L4
3: jmp .L1
從這里我們可看出，swap變量與0進(jìn)行比較。如果他不等于0,就會跳轉(zhuǎn)到第2行，.L4。否則要跳轉(zhuǎn)到第3行,.L1。第2行所示的分支概率為67%。 這是因為這一行執(zhí)行3次，但是jne只執(zhí)行了兩次。當(dāng)?shù)?/font>2行的jne并沒有執(zhí)行時，我們直勢頭跳轉(zhuǎn)到第3行。這只執(zhí)行一次，但是一旦執(zhí)行，程序就結(jié)束了。 所以分支1要花費100%的時間。
所以分支概率在理解程序流時是要相當(dāng)有用的，但是要參考匯編需要理解分支點在哪里。
不完整程序測試
當(dāng)gcov計數(shù)一個測試并不是100%的程序時，并沒有執(zhí)行的行是標(biāo)記為####，而不是執(zhí)行次數(shù)。下面顯示的是一個由gcov創(chuàng)建的文件來顯示少于100%的測試。
1: #include <stdio.h>
2:
3: int main()
4: 1 {
5: 1 int a=1, b=2;
6:
7: 1 if (a == 1) {
8: 1 printf("a = 1\n");
9: } else {
10: ###### printf("a != 1\n");
11: }
12:
13: 1 if (b == 1) {
14: ###### printf("b = 1\n");
15: } else {
16: 1 printf("b != 1\n");
17: }
18:
19: 1 return 0;
20: }
當(dāng)這個程序運行時，gcov實用程序也會向標(biāo)準(zhǔn)輸出輸出相應(yīng)的信息。他會顯示可能執(zhí)行的源碼行的行數(shù)以及實際運行的百分比。
$ gcov incomptest.c
77.78% of 9 source lines executed in file incomptest.c
Creating incomptest.c.gcov.
$
如果我們的例子程序有多個函數(shù)，我們可以通過使用-f選項來查看每一個函數(shù)的執(zhí)行情況。如下面的我們以bubbleSort程序所進(jìn)行的演示：
$ gcov -f bubblesort.c
100.00% of 11 source lines executed in function bubbleSort
100.00% of 6 source lines executed in function main
100.00% of 17 source lines executed in file bubblesort.c
Creating bubblesort.c.gcov.
$
gcov可用的選項
gcov程序調(diào)用的格式為：
gcov [options] sourcefile
其可用的選項如下：
選項 目的
-v，-version 打印版本信息
-h,-help 打印幫助信息
-b,-branch-probabilities向輸出文件輸出分支頻度
-c,-branch-counts 打印分支計數(shù)而不是分支頻度
-n,-no-output 不創(chuàng)建gcov輸出文件
-l,-long-file-names 創(chuàng)建長文件名
-f,-function-summaries 打印每一個函數(shù)的概要
-o,-object-directory .bb,.bbg,.da文件存放的目錄
從上面這個表中，我們可以看到一個單個字符選項，以及一個長選項。當(dāng)從命令行中使用gcov命令時短選項是比較有用的，但是當(dāng)gcov是Makefile的一個部分時，應(yīng)使用長選項，因為這更易于理解。
當(dāng)了解gcov程序的版本信息時，可以使用-v選項。因為gcov是與一個指定的編譯器工具鏈聯(lián)系在一起的（實際上是由gcc工具鏈而構(gòu)建的），gcc版本與gcov的版本是相同的。
gcov程序的簡介以及選項幫助可以用-h選項來進(jìn)行顯示。
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