Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью

Далее приведен пример вывода, полученный версией cflow (cflow-2.0), которая есть в Интернете и поддерживается Марти Лейснером (Marty Leisner).

0  file_ungetc {prcc.c 997}

1  main {prcc.c 70}

2      getopt {}

3      show_all_lists {prcc.c 1070}

4          display_list {prcc.c 1056}

5              printf {}

6          exit {}

7      exit {}

9      usage {prcc.c 59}

10         fprintf {}

11         exit {}

Пример информирует о том, что функция main вызывает (среди прочих) функцию show_all_lists и что show_all_lists в свою очередь вызывает функцию display_list, которая вызывает функцию printf.

У этой версии cflow есть опция -i, которая формирует инвертированный потоковый граф. Утилита cflow перечисляет для каждой функции другие функции, вызывающие данную. Звучит не очень понятно, но на самом деле все просто. Далее приведен пример:

19  display_list {prcc.c 1056}

20      show_all_lists {prcc.c 1070}

21  exit {}

22      main {prcc.c 70}

23      show_all_lists {prcc.c 1070}

24      usage {prcc.c 59}

25  ...

74  printf {}

75      display_list {prcc.c 1056}

76      maketag {prcc.c 4 87}

77  show_all_lists {prcc.c 1070}

78      main {prcc.c 70}

79  ...

99  usage {prcc.c 59}

100     main {prcc.c 70}

В примере показано, что функцию exit, например, вызывают функции main, show_all_lists и usage.

Выполнение профилирования с помощью prof/gprof

Методика, зачастую полезная при попытках выяснить проблемы снижения производительности программы, называется профилированием выполнения (execution profiling). Профиль программы, обычно поддерживаемый специальными опциями компилятора и вспомогательными программами, показывает, где программа тратит время.

Программа prof (и ее эквивалент в проекте GNU, gprof) выводит отчёт из файла трассировки выполнения, который формируется во время выполнения профилируемой программы. Профилируемый исполняемый файл создается с помощью флага компилятора -p (для prof) или флага -pg (для gprof).

$ cc -pg -о program program.с

Программа компонуется со специальной библиотекой С, и в нее включается контрольный код. В конкретных системах он может отличаться, но общая цель — такая организация программы, которая позволяет часто прерывать выполнение и записывать этап выполнения. Контрольные данные записываются в файл mon.out (gmon.out для gprof) в текущем каталоге.

$ ./program

$ ls -ls

2 -rw-r--r-- 1 neil users 1294 Feb 4 11:48 gmon.out

Программа prof/gprof читает эти контрольные данные и выводит отчет. См. подробности, касающиеся опций программы, в интерактивном справочном руководстве. Далее в качестве примера приведен вывод (сокращенный) программы gprof.

cumulative  self    self   total

   time    seconds seconds  calls ms/call ms/call            name

   18.5       0.10    0.10   8664    0.01    0.03      doscan [4]

   18.5       0.20    0.10                            mcount (60)

   14.8       0.28    0.08  43320    0.00    0.00     _number [5]

    9.3       0.33    0.05   8664    0.01    0.01 _format_arg [6]

    7.4       0.37    0.04 112632    0.00    0.00     _ungetc [8]

    7.4       0.41    0.04   8757    0.00    0.00    _memccpy [9]

    7.4       0.45    0.04      1   40.00  390.02       _main [2]

    3.7       0.47    0.02     53    0.38    0.38      _read [12]

    3.7       0.49    0.02                             w4str [10]

    1.9       0.50    0.01  26034    0.00    0.00    _strlen [16]

    1.9       0.51    0.01   8664    0.00    0.00    strncmp [17]

Проверки соблюдения условий

Несмотря на то, что вставка на этапе разработки программы с помощью условной компиляции отладочного кода, такого как вызовы printf, распространена, иногда оставлять такие сообщения в поставляемой программе непрактично. Но часто проблемы возникают во время работы программы из-за некорректных допущений или исходных данных, а не из-за ошибок кодирования. Это события, которых "не может быть никогда". Например, функция может быть написана в расчете на то, что ее входные параметры будут в определенном диапазоне. Если передать ей некорректные данные, она может сделать некорректной работу всей системы.

В тех случаях, когда внутренняя логика системы нуждается в подкреплении, X/Open предоставляет макрос assert, применяемый для проверки правильности исходных данных и остановки выполнения программы в противном случае.

#include <assert.h>

void assert(int expression)

Макрос assert вычисляет выражение и, если оно не равно нулю, выводит некоторую диагностическую информацию о стандартной ошибке и вызывает функцию abort для завершения программы.

Заголовочный файл assert.h определяет макросы в зависимости от определения флага NDEBUG. Если NDEBUG определен во время обработки заголовочного файла, assert определяется по существу как ничто. Это означает, что вы можете отключить проверки заданных выражений во время компиляции, компилируя с опцией -DNDEBUG или вставив перед включением файла assert.h строку

#define NDEBUG

в каждый исходный файл.

Этот метод применения порождает проблему. Если вы используете assert во время тестирования, но отключите макрос в рабочем коде, в вашем рабочем коде может оказаться менее строгая проверка, чем применявшаяся в процессе его тестирования. Обычно макросы assert не оставляют включенными в рабочем коде — вряд ли вам понравится рабочий код, предоставляющий пользователю недружелюбное сообщение assert failed и останавливающий программу. Быть может, лучше написать свою отслеживающую ошибки подпрограмму, которая проверяет выражение, использовавшееся в макросе, но не нуждается в полном отключении в рабочем коде.

Вы также должны убедиться в том, что у выражения макроса assert нет побочных эффектов. Например, если вы применяете вызов функции с побочным эффектом, этот побочный эффект не проявится в рабочем коде с отключенными макросами assert.

Выполните упражнение 10.2.

Упражнение 10.2. Программа assert.c.

Далее приведена программа assert.c, определяющая функцию, которая должна принимать положительное значение. Она защищает от ввода некорректного аргумента благодаря применению макроса assert.

После включения заголовочного файла assert.h и функции "квадратный корень", проверяющей положительное значение параметра, вы можете писать функцию main.

#include <stdio.h>

#include <math.h>

#include <assert.h>

#include <stdlib.h>

double my_sqrt(double x) {

 assert(x >= 0.0);

 return sqrt(x);

}

int main() {

 printf("sqrt +2 = %gn", my_sqrt(2.0));

 printf("sqrt -2 = %gn", my_sqrt(-2.0));

 exit(0);

}

Теперь при выполнении программы вы увидите нарушение в макросе assert при передаче некорректного значения. Точный формат сообщения о нарушении условия макроса assert в разных системах разный.

$ сс -о assert assert.с -lm

$ ./assert

sqrt +2 = 1.41421

assert: assert.c:7: my_sqrt: Assertion 'x >= 0.0' failed.

Aborted

$

Как это работает

Когда вы попытаетесь вызвать функцию my_sqrt с отрицательным числом, макрос assert даст сбой. Он предоставляет файл и номер строки, в которой нарушено условие и само нарушенное условие. Программа завершается прерыванием abort. Это результат вызова abort макросом assert.

Если вы перекомпилируете программу с опцией -DNDEBUG, макрос assert не компилируется, и вы получаете NaN (Not a Number, не число) — значение, указывающее на неверный результат при вызове функции sqrt из функции my_sqrt.

$ cc -о assert -DNDEBUG assert.с -lm

$ ./assert

sqrt +2 = 1.41421

sqrt -2 = nan

$

Некоторые более старые версии математической библиотеки генерируют исключение для математической ошибки, и ваша программа будет остановлена с сообщением "Floating point exception" ("Исключение для числа с плавающей точкой") вместо возврата NaN.

Устранение ошибок использования памяти

Распределение динамической памяти — богатый источник ошибок, которые трудно выявить. Если вы пишете программу, применяющую функции malloc и free для распределения памяти, важно внимательно следить за блоками, которые вы выделяете, и быть уверенным в том, что не используется блок, который вы уже освободили.

Обычно блоки памяти выделяются функцией malloc и присваиваются переменным-указателям. Если переменная-указатель изменяется, и нет других указателей, указывающих на блок памяти, он становится недоступным. Это утечка памяти, вызывающая увеличение размера программы. Если вы потеряете большой объем памяти, скорость работы вашей системы, в конце концов, снизится, и система уйдет за пределы памяти.