gprof 性能分析工具

gprof 是 GNU 性能分析工具（GNU Profiler），用于分析程序的 时间消耗分布 和 函数调用关系。它通过统计采样和调用图（Call Graph）帮助开发者定位性能瓶颈。以下是详细使用指南：

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使用步骤

1. 编译时启用 profiling

在 gcc/g++ 编译时添加 -pg 选项：

gcc -pg -o my_program my_program.c   # C 程序
g++ -pg -o my_program my_program.cpp # C++ 程序

cmake -DCMAKE_CXX_FLAGS="-pg" .. # cmake 下
make

• 关键要求：必须包含调试符号（不推荐同时使用 -O3，高优化可能干扰分析结果）。

2. 运行程序生成数据

./my_program [参数]

• 程序正常退出（不能 kill -9 强制终止）后，会生成 gmon.out 文件。

3. 生成分析报告

gprof my_program gmon.out > report.txt

报告解读

输出报告包含两部分：

1. Flat Profile（平面性能分析）

按函数统计时间消耗，关键列：

列名	说明
% time	函数消耗时间占比
cumulative seconds	累积时间（包含子函数）
self seconds	函数自身消耗时间（不含子函数）
calls	调用次数
self ms/call	每次调用自身耗时（毫秒）
name	函数名

示例输出：

Each sample counts as 0.01 seconds.
  %   cumulative   self              self     total           
 time   seconds   seconds    calls  ms/call  ms/call  name    
 33.34      0.02     0.02     1000     0.02     0.02  func1
 16.67      0.03     0.01     2000     0.01     0.01  func2

2. Call Graph（调用图）

展示函数调用关系，关键字段：

• index: 函数索引号（用于追踪调用链）
• calls: 调用次数
• self: 函数自身耗时
• children: 子函数累积耗时
• name: 函数名及调用者（<spontaneous> 表示栈底函数，如 main）

示例输出：

index % time    self  children called     name
                0.01    0.02   100/1000       func1 [2]
[1]     50.0    0.01    0.02   100         main [1]
                0.01    0.00   200/2000       func2 [3]
-----------------------------------------------
[2]     33.3    0.02    0.00  1000        func1 [2]

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高级技巧

1. 只关注特定函数

gprof -p function_name my_program gmon.out   # 分析单个函数
gprof -Pfoo -Qbar my_program gmon.out        # 排除/包含特定函数

2. 生成调用图图片

1. 生成 Graphviz 格式的调用图：

   gprof my_program | gprof2dot -s -w | dot -Tpng -o call_graph.png
   

   （需要安装 gprof2dot 和 graphviz）

3. 结合优化选项

若需分析优化后的代码：

gcc -pg -O2 -o my_program my_program.c  # 允许O2优化

注意：激进优化（如 -O3）可能导致函数内联，影响统计准确性。

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局限性

1. 采样误差：基于定时器中断（约10ms采样一次），短函数（<10ms）可能无法统计。
2. 多线程支持弱：对多线程程序分析不准确（建议改用 perf 或 vtune）。
3. 内核时间不统计：只记录用户态 CPU 时间（I/O 等待时间不计入）。

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替代工具推荐

• perf：Linux 内核级分析（支持硬件计数器）。
• Valgrind/callgrind：精确插桩分析（支持缓存命中率统计）。
• GCOV：代码覆盖率分析（与 gprof 互补）。

通过 gprof 可快速定位热点函数，是优化程序性能的首选入门工具。