GProf 使用了一種異常簡單但是非常有效的方法來優(yōu)化C/C++ 程序，而且能很容易的識別出值得優(yōu)化的代碼。一個簡單的案例分析將會顯示，GProf如何通過識別并優(yōu)化兩個關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將實際應(yīng)用中的程序從3分鐘的運行時優(yōu)化到5秒的。

　　這個程序最早可以追溯到1982年關(guān)于編譯器構(gòu)建的特別討論大會（the SIGPLAN Symposium on Compiler Construction）。現(xiàn)在這個程序成了各種UNIX 平臺上的一個標(biāo)準(zhǔn)工具。

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　　Profiling in a nutshell

　　程序概要分析的概念非常簡單：通過記錄各個函數(shù)的調(diào)用和結(jié)束時間，我們可以計算出程序的最大運行時的程序段。這種方法聽起來似乎要花費很多氣力——幸運的是，我們其實離真理并不遠！我們只需要在用 gcc 編譯時加上一個額外的參數(shù)('-pg')，運行這個（編譯好的）程序（來搜集程序概要分析的有關(guān)數(shù)據(jù)），然后運行'gprof'以更方便的分析這些結(jié)果。

　　案例分析: Pathalizer

　　我使用了一個現(xiàn)實中使用的程序來作為例子，是 pathalizer的一部分: 即event2dot，一個將路徑“事件”描述文件轉(zhuǎn)化為圖形化“dot”文件的工具（executable which translates a pathalizer 'events' file to a graphviz 'dot' file）。

　　簡單的說，它從一個文件里面讀取各種事件，然后將它們分別保存為圖像(以頁為節(jié)點，且將頁與頁之間的轉(zhuǎn)變作為邊），然后將這些圖像整合為一張大的圖形，并保存為圖形化的'dot'格式文件。

　　給程序計時

　　先讓我們給我們未經(jīng)優(yōu)化的程序計一下時，看看它們的運行要多少時間。在我的計算機上使用event2dot并用源碼里的例子作為輸入（大概55000的數(shù)據(jù)），大致要三分多鐘：

　　real 3m36.316s

　　user 0m55.590s

　　sys 0m1.070s

　　程序分析

　　要使用gprof 作概要分析，在編譯的時候要加上'-pg' 選項，我們就是如下重新編譯源碼如下：

　　g++ -pg dotgen.cpp readfile.cpp main.cpp graph.cpp config.cpp -o event2dot

　　現(xiàn)在我們可以再次運行event2dot，并使用我們前面使用的測試數(shù)據(jù)。這次我們運行的時候，event2dot運行的分析數(shù)據(jù)會被搜集并保存在'gmon.out'文件中，我們可以通過運行'gprof event2dot | less'來查看結(jié)果。

　　gprof 會顯示出如下的函數(shù)比較重要：

　　% cumulative self self total

　　time seconds seconds calls s/call s/call name

　　43.32 46.03 46.03 339952989 0.00 0.00 CompareNodes(Node *,Node *)

　　25.06 72.66 26.63 55000 0.00 0.00 getNode(char *,NodeListNode *&)

　　16.80 90.51 17.85 339433374 0.00 0.00 CompareEdges(Edge *,AnnotatedEdge *)

　　12.70 104.01 13.50 51987 0.00 0.00 addAnnotatedEdge(AnnotatedGraph *,Edge *)

　　1.98 106.11 2.10 51987 0.00 0.00 addEdge(Graph *,Node *,Node *)

　　0.07 106.18 0.07 1 0.07 0.07 FindTreshold(AnnotatedEdge *,int)

　　0.06 106.24 0.06 1 0.06 28.79 getGraphFromFile(char *,NodeListNode *&,Config *)

　　0.02 106.26 0.02 1 0.02 77.40 summarize(GraphListNode *,Config *)

　　0.00 106.26 0.00 55000 0.00 0.00 FixName(char *)

　　可以看出，第一個函數(shù)比較重要: 程序里面絕大部分的運行時都被它給占據(jù)了。

　　優(yōu)化

　　上面結(jié)果可以看出，這個程序大部分的時間都花在了CompareNodes函數(shù)上，用 grep 查看一下則發(fā)現(xiàn)CompareNodes 只是被CompareEdges調(diào)用了一次而已, 而CompareEdges則只被addAnnotatedEdge調(diào)用——它們都出現(xiàn)在了上面的清單中。這兒就是我們應(yīng)該做點優(yōu)化的地方了吧！

　　我們注意到addAnnotatedEdge遍歷了一個鏈表。雖然鏈表是易于實現(xiàn)，但是卻實在不是最好的數(shù)據(jù)類型。我們決定將鏈表 g->edges 用二叉樹來代替: 這將會使得查找更快。

　　結(jié)果

　　現(xiàn)在我們看一下優(yōu)化后的運行結(jié)果:

　　real 2m19.314s

　　user 0m36.370s

　　sys 0m0.940s

　　第二遍

　　再次運行 gprof 來分析:

　　% cumulative self self total

　　time seconds seconds calls s/call s/call name

　　87.01 25.25 25.25 55000 0.00 0.00 getNode(char *,NodeListNode *&)

　　10.65 28.34 3.09 51987 0.00 0.00 addEdge(Graph *,Node *,Node *)

　　看起來以前占用大量運行時的函數(shù)現(xiàn)在已經(jīng)不再是占用運行時的大頭了！我們試一下再優(yōu)化一下呢：用節(jié)點哈希表來取代節(jié)點樹。

　　這次簡直是個巨大的進步:

　　real 0m3.269s

　　user 0m0.830s

　　sys 0m0.090s

　　其他 C/C++ 程序分析器

　　還有其他很多分析器可以使用gprof 的數(shù)據(jù), 例如

　　KProf (截屏) 和 cgprof。雖然圖形界面的看起來更舒服，但我個人認(rèn)為命令行的gprof 使用更方便。

　　對其他語言的程序進行分析

　　我們這里介紹了用gprof 來對C/C++ 的程序進行分析，對其他語言其實一樣可以做到: 對 Perl,我們可以用Devel::DProf 模塊。你的程序應(yīng)該以perl -d:DProf mycode.pl來開始，并使用dprofpp來查看并分析結(jié)果。如果你可以用gcj 來編譯你的Java 程序，你也可以使用gprof，然而目前還只支持單線程的Java 代碼。

　　結(jié)論

　　就像我們已經(jīng)看到的，我們可以使用程序概要分析快速的找到一個程序里面值得優(yōu)化的地方。在值得優(yōu)化的地方優(yōu)化，我們可以將一個程序的運行時從 3分36秒 減少到少于 5秒，就像從上面的例子看到的一樣。