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C++源碼調(diào)用圖生成器實(shí)現(xiàn)

oysun / 2426人閱讀

摘要：前言之前受知乎用戶(hù)啟發(fā)，寫(xiě)了個(gè)源碼的調(diào)用圖生成器，可以以圖示法顯示函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，代碼放在了倉(cāng)庫(kù)里，僅供參考主要思路利用的的注入選項(xiàng)，得到每個(gè)函數(shù)的調(diào)用地址信息，生成一個(gè)文件，然后利用和將函數(shù)名及其所在源碼位置從地址中解析出來(lái)，從而得到

前言

之前受知乎用戶(hù)mailto1587啟發(fā)，寫(xiě)了個(gè)C++源碼的調(diào)用圖生成器，可以以圖示法顯示C++函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，
代碼放在了github倉(cāng)庫(kù)里，僅供參考：
CodeSnippet/python/SRCGraphviz/c++ at master · Cheukyin/CodeSnippet · GitHub

主要思路

利用gcc/g++的-finstrument-functions的注入選項(xiàng)，
得到每個(gè)函數(shù)的調(diào)用地址信息，生成一個(gè)trace文件，
然后利用addr2line和c++filt將函數(shù)名及其所在源碼位置從地址中解析出來(lái)，
從而得到程序的Call Stack，
然后用pygraphviz畫(huà)出來(lái)

使用示例

比如我現(xiàn)在有A.hpp、B.hpp、C.hpp、ABCTest.cpp這幾個(gè)文件，
我想看他們的Call Graph

源碼如下：

然后按下面編譯(instrument.c在上面github地址中可以下載，用于注入地址信息）：
g++ -g -finstrument-functions -O0 instrument.c ABCTest.cpp -o test
然后運(yùn)行程序，得到trace.txt
輸入shell命令./test
最后
輸入shell命令python CallGraph.py trace.txt test
彈出一張Call Graph

圖上標(biāo)注含義:

綠線(xiàn)表示程序啟動(dòng)后的第一次調(diào)用

紅線(xiàn)表示進(jìn)入當(dāng)前上下文的最后一次調(diào)用

每一條線(xiàn)表示一次調(diào)用，#符號(hào)后面的數(shù)字是序號(hào)，at XXX表示該次調(diào)用發(fā)生在這個(gè)文件（文件路徑在框上方）的第幾行

在圓圈里，XXX:YYY，YYY是調(diào)用的函數(shù)名，XXX表示這個(gè)函數(shù)是在該文件的第幾行被定義的

獲取C/C++調(diào)用關(guān)系

利用-finstrument-functions編譯選項(xiàng)，
可以讓編譯器在每個(gè)函數(shù)的開(kāi)頭和結(jié)尾注入__cyg_profile_func_enter和 __cyg_profile_func_exit
這兩個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)由用戶(hù)定義

在本例中，只用到__cyg_profile_func_enter，定義在instrument.c中，
其函數(shù)原型如下:
void __cyg_profile_func_enter (void *this_fn, void *call_site);
其中this_fn為 被調(diào)用的地址，call_site為 調(diào)用方的地址

顯然，假如我們把所有的 調(diào)用方和被調(diào)用方的地址 都打印出來(lái)，
就可以得到一張完整的運(yùn)行時(shí)Call Graph

因此，我們的instrument.c實(shí)現(xiàn)如下：

/* Function prototypes with attributes */
void main_constructor( void )
    __attribute__ ((no_instrument_function, constructor));

void main_destructor( void )
    __attribute__ ((no_instrument_function, destructor));

void __cyg_profile_func_enter( void *, void * )
    __attribute__ ((no_instrument_function));

void __cyg_profile_func_exit( void *, void * )
    __attribute__ ((no_instrument_function));

static FILE *fp;

void main_constructor( void )
{
  fp = fopen( "trace.txt", "w" );
  if (fp == NULL) exit(-1);
}

void main_deconstructor( void )
{
  fclose( fp );
}

void __cyg_profile_func_enter( void *this_fn, void *call_site )
{
    /* fprintf(fp, "E %p %p
", (int *)this_fn, (int *)call_site); */
    fprintf(fp, "%p %p
", (int *)this_fn, (int *)call_site);
}

其中main_constructor在 調(diào)用main 前執(zhí)行，main_deconstructor在調(diào)用main后執(zhí)行，
以上幾個(gè)函數(shù)的作用就是 將所有的 調(diào)用方和被調(diào)用方的地址 寫(xiě)入trace.txt中

然而，現(xiàn)在有一個(gè)問(wèn)題，就是trace.txt中保存的是地址，我們?nèi)绾螌⒌刂贩g成源碼中的符號(hào)？
答案就是用addr2line

以上面ABCTest.cpp工程為例，比如我們現(xiàn)在有地址0x400974，輸入以下命令
addr2line 0x400aa4 -e a.out -f
結(jié)果為

_ZN1A4AOneEv
/home/cheukyin/PersonalProjects/CodeSnippet/python/SRCGraphviz/c++/A.hpp:11

第一行該地址所在的函數(shù)名，第二行為函數(shù)所在的源碼位置

然而，你一定會(huì)問(wèn)，_ZN1A4AOneEv是什么鬼？
為實(shí)現(xiàn)重載、命名空間等功能，因此C++有name mangling，因此函數(shù)名是不可讀的

我們需要利用c++filt作進(jìn)一步解析：
輸入shell命令 addr2line 0x400aa4 -e a.out -f | c++filt
結(jié)果是不是就清晰很多：

A::AOne()
/home/cheukyin/PersonalProjects/CodeSnippet/python/SRCGraphviz/c++/A.hpp:11

注意這個(gè)結(jié)果中包含了函數(shù)名、函數(shù)所在文件和行號(hào)

調(diào)用圖渲染

經(jīng)過(guò)上面的步驟，我們已經(jīng)可以把所有的(調(diào)用方, 被調(diào)用方)對(duì)分析出來(lái)了，相當(dāng)于獲取到調(diào)用圖所有的節(jié)點(diǎn)和邊，
最后可以用pygraphviz將 每一條調(diào)用關(guān)系 畫(huà)出來(lái)即可，代碼用python實(shí)現(xiàn)在 CallGraph.py 中

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