final.c (end_final): Use C trees to output data structures for profiling.
[official-gcc.git] / gcc / doc / gcov.texi
blob5f5f18bd6d1403a3f9b52ee39ed261d320ab2edf
1 @c Copyright (C) 1996, 1997, 1999, 2000, 2001 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ignore
6 @c man begin COPYRIGHT
7 Copyright @copyright{} 1996, 1997, 1999, 2000, 2001 Free Software Foundation, Inc.
9 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
10 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or
11 any later version published by the Free Software Foundation; with the
12 Invariant Sections being ``GNU General Public License'' and ``Funding
13 Free Software'', the Front-Cover texts being (a) (see below), and with
14 the Back-Cover Texts being (b) (see below).  A copy of the license is
15 included in the gfdl(7) man page.
17 (a) The FSF's Front-Cover Text is:
19      A GNU Manual
21 (b) The FSF's Back-Cover Text is:
23      You have freedom to copy and modify this GNU Manual, like GNU
24      software.  Copies published by the Free Software Foundation raise
25      funds for GNU development.
26 @c man end
27 @c Set file name and title for the man page.
28 @setfilename gcov
29 @settitle coverage testing tool
30 @end ignore
32 @node Gcov
33 @chapter @command{gcov}: a Test Coverage Program
35 @command{gcov} is a tool you can use in conjunction with GCC to
36 test code coverage in your programs.
38 @menu
39 * Gcov Intro::                  Introduction to gcov.
40 * Invoking Gcov::               How to use gcov.
41 * Gcov and Optimization::       Using gcov with GCC optimization.
42 * Gcov Data Files::             The files used by gcov.
43 @end menu
45 @node Gcov Intro
46 @section Introduction to @command{gcov}
47 @c man begin DESCRIPTION
49 @command{gcov} is a test coverage program.  Use it in concert with GCC
50 to analyze your programs to help create more efficient, faster
51 running code.  You can use @command{gcov} as a profiling tool to help
52 discover where your optimization efforts will best affect your code.  You
53 can also use @command{gcov} along with the other profiling tool,
54 @command{gprof}, to assess which parts of your code use the greatest amount
55 of computing time.
57 Profiling tools help you analyze your code's performance.  Using a
58 profiler such as @command{gcov} or @command{gprof}, you can find out some
59 basic performance statistics, such as:
61 @itemize @bullet
62 @item
63 how often each line of code executes
65 @item
66 what lines of code are actually executed
68 @item
69 how much computing time each section of code uses
70 @end itemize
72 Once you know these things about how your code works when compiled, you
73 can look at each module to see which modules should be optimized.
74 @command{gcov} helps you determine where to work on optimization.
76 Software developers also use coverage testing in concert with
77 testsuites, to make sure software is actually good enough for a release.
78 Testsuites can verify that a program works as expected; a coverage
79 program tests to see how much of the program is exercised by the
80 testsuite.  Developers can then determine what kinds of test cases need
81 to be added to the testsuites to create both better testing and a better
82 final product.
84 You should compile your code without optimization if you plan to use
85 @command{gcov} because the optimization, by combining some lines of code
86 into one function, may not give you as much information as you need to
87 look for `hot spots' where the code is using a great deal of computer
88 time.  Likewise, because @command{gcov} accumulates statistics by line (at
89 the lowest resolution), it works best with a programming style that
90 places only one statement on each line.  If you use complicated macros
91 that expand to loops or to other control structures, the statistics are
92 less helpful---they only report on the line where the macro call
93 appears.  If your complex macros behave like functions, you can replace
94 them with inline functions to solve this problem.
96 @command{gcov} creates a logfile called @file{@var{sourcefile}.gcov} which
97 indicates how many times each line of a source file @file{@var{sourcefile}.c}
98 has executed.  You can use these logfiles along with @command{gprof} to aid
99 in fine-tuning the performance of your programs.  @command{gprof} gives
100 timing information you can use along with the information you get from
101 @command{gcov}.
103 @command{gcov} works only on code compiled with GCC@.  It is not
104 compatible with any other profiling or test coverage mechanism.
106 @c man end
108 @node Invoking Gcov
109 @section Invoking gcov
111 @smallexample
112 gcov @r{[}@var{options}@r{]} @var{sourcefile}
113 @end smallexample
115 @command{gcov} accepts the following options:
117 @ignore
118 @c man begin SYNOPSIS
119 gcov [@option{-v}|@option{--version}] [@option{-h}|@option{--help}]
120      [@option{-b}|@option{--branch-probabilities}] [@option{-c}|@option{--branch-counts}]
121      [@option{-n}|@option{--no-output}] [@option{-l}|@option{--long-file-names}]
122      [@option{-f}|@option{--function-summaries}]
123      [@option{-o}|@option{--object-directory} @var{directory}] @var{sourcefile}
124 @c man end
125 @c man begin SEEALSO
126 gpl(7), gfdl(7), fsf-funding(7), gcc(1) and the Info entry for @file{gcc}.
127 @c man end
128 @end ignore
130 @c man begin OPTIONS
131 @table @gcctabopt
132 @item -h
133 @itemx --help
134 Display help about using @command{gcov} (on the standard output), and
135 exit without doing any further processing.
137 @item -v
138 @itemx --version
139 Display the @command{gcov} version number (on the standard output),
140 and exit without doing any further processing.
142 @item -b
143 @itemx --branch-probabilities
144 Write branch frequencies to the output file, and write branch summary
145 info to the standard output.  This option allows you to see how often
146 each branch in your program was taken.
148 @item -c
149 @itemx --branch-counts
150 Write branch frequencies as the number of branches taken, rather than
151 the percentage of branches taken.
153 @item -n
154 @itemx --no-output
155 Do not create the @command{gcov} output file.
157 @item -l
158 @itemx --long-file-names
159 Create long file names for included source files.  For example, if the
160 header file @file{x.h} contains code, and was included in the file
161 @file{a.c}, then running @command{gcov} on the file @file{a.c} will produce
162 an output file called @file{a.c.x.h.gcov} instead of @file{x.h.gcov}.
163 This can be useful if @file{x.h} is included in multiple source files.
165 @item -f
166 @itemx --function-summaries
167 Output summaries for each function in addition to the file level summary.
169 @item -o @var{directory}
170 @itemx --object-directory @var{directory}
171 The directory where the object files live.  Gcov will search for @file{.bb},
172 @file{.bbg}, and @file{.da} files in this directory.
173 @end table
175 @need 3000
176 When using @command{gcov}, you must first compile your program with two
177 special GCC options: @samp{-fprofile-arcs -ftest-coverage}.
178 This tells the compiler to generate additional information needed by
179 gcov (basically a flow graph of the program) and also includes
180 additional code in the object files for generating the extra profiling
181 information needed by gcov.  These additional files are placed in the
182 directory where the source code is located.
184 Running the program will cause profile output to be generated.  For each
185 source file compiled with @option{-fprofile-arcs}, an accompanying @file{.da}
186 file will be placed in the source directory.
188 Running @command{gcov} with your program's source file names as arguments
189 will now produce a listing of the code along with frequency of execution
190 for each line.  For example, if your program is called @file{tmp.c}, this
191 is what you see when you use the basic @command{gcov} facility:
193 @smallexample
194 $ gcc -fprofile-arcs -ftest-coverage tmp.c
195 $ a.out
196 $ gcov tmp.c
197  87.50% of 8 source lines executed in file tmp.c
198 Creating tmp.c.gcov.
199 @end smallexample
201 The file @file{tmp.c.gcov} contains output from @command{gcov}.
202 Here is a sample:
204 @smallexample
205                 main()
206                 @{
207            1      int i, total;
209            1      total = 0;
211           11      for (i = 0; i < 10; i++)
212           10        total += i;
214            1      if (total != 45)
215       ######        printf ("Failure\n");
216                   else
217            1        printf ("Success\n");
218            1    @}
219 @end smallexample
221 @need 450
222 When you use the @option{-b} option, your output looks like this:
224 @smallexample
225 $ gcov -b tmp.c
226  87.50% of 8 source lines executed in file tmp.c
227  80.00% of 5 branches executed in file tmp.c
228  80.00% of 5 branches taken at least once in file tmp.c
229  50.00% of 2 calls executed in file tmp.c
230 Creating tmp.c.gcov.
231 @end smallexample
233 Here is a sample of a resulting @file{tmp.c.gcov} file:
235 @smallexample
236                 main()
237                 @{
238            1      int i, total;
240            1      total = 0;
242           11      for (i = 0; i < 10; i++)
243 branch 0 taken = 91%
244 branch 1 taken = 100%
245 branch 2 taken = 100%
246           10        total += i;
248            1      if (total != 45)
249 branch 0 taken = 100%
250       ######        printf ("Failure\n");
251 call 0 never executed
252 branch 1 never executed
253                   else
254            1        printf ("Success\n");
255 call 0 returns = 100%
256            1    @}
257 @end smallexample
259 For each basic block, a line is printed after the last line of the basic
260 block describing the branch or call that ends the basic block.  There can
261 be multiple branches and calls listed for a single source line if there
262 are multiple basic blocks that end on that line.  In this case, the
263 branches and calls are each given a number.  There is no simple way to map
264 these branches and calls back to source constructs.  In general, though,
265 the lowest numbered branch or call will correspond to the leftmost construct
266 on the source line.
268 For a branch, if it was executed at least once, then a percentage
269 indicating the number of times the branch was taken divided by the
270 number of times the branch was executed will be printed.  Otherwise, the
271 message ``never executed'' is printed.
273 For a call, if it was executed at least once, then a percentage
274 indicating the number of times the call returned divided by the number
275 of times the call was executed will be printed.  This will usually be
276 100%, but may be less for functions call @code{exit} or @code{longjmp},
277 and thus may not return every time they are called.
279 The execution counts are cumulative.  If the example program were
280 executed again without removing the @file{.da} file, the count for the
281 number of times each line in the source was executed would be added to
282 the results of the previous run(s).  This is potentially useful in
283 several ways.  For example, it could be used to accumulate data over a
284 number of program runs as part of a test verification suite, or to
285 provide more accurate long-term information over a large number of
286 program runs.
288 The data in the @file{.da} files is saved immediately before the program
289 exits.  For each source file compiled with @option{-fprofile-arcs}, the profiling
290 code first attempts to read in an existing @file{.da} file; if the file
291 doesn't match the executable (differing number of basic block counts) it
292 will ignore the contents of the file.  It then adds in the new execution
293 counts and finally writes the data to the file.
295 @node Gcov and Optimization
296 @section Using @command{gcov} with GCC Optimization
298 If you plan to use @command{gcov} to help optimize your code, you must
299 first compile your program with two special GCC options:
300 @samp{-fprofile-arcs -ftest-coverage}.  Aside from that, you can use any
301 other GCC options; but if you want to prove that every single line
302 in your program was executed, you should not compile with optimization
303 at the same time.  On some machines the optimizer can eliminate some
304 simple code lines by combining them with other lines.  For example, code
305 like this:
307 @smallexample
308 if (a != b)
309   c = 1;
310 else
311   c = 0;
312 @end smallexample
314 @noindent
315 can be compiled into one instruction on some machines.  In this case,
316 there is no way for @command{gcov} to calculate separate execution counts
317 for each line because there isn't separate code for each line.  Hence
318 the @command{gcov} output looks like this if you compiled the program with
319 optimization:
321 @smallexample
322       100  if (a != b)
323       100    c = 1;
324       100  else
325       100    c = 0;
326 @end smallexample
328 The output shows that this block of code, combined by optimization,
329 executed 100 times.  In one sense this result is correct, because there
330 was only one instruction representing all four of these lines.  However,
331 the output does not indicate how many times the result was 0 and how
332 many times the result was 1.
333 @c man end
335 @node Gcov Data Files
336 @section Brief description of @command{gcov} data files
338 @command{gcov} uses three files for doing profiling.  The names of these
339 files are derived from the original @emph{source} file by substituting
340 the file suffix with either @file{.bb}, @file{.bbg}, or @file{.da}.  All
341 of these files are placed in the same directory as the source file, and
342 contain data stored in a platform-independent method.
344 The @file{.bb} and @file{.bbg} files are generated when the source file
345 is compiled with the GCC @option{-ftest-coverage} option.  The
346 @file{.bb} file contains a list of source files (including headers),
347 functions within those files, and line numbers corresponding to each
348 basic block in the source file.
350 The @file{.bb} file format consists of several lists of 4-byte integers
351 which correspond to the line numbers of each basic block in the
352 file.  Each list is terminated by a line number of 0.  A line number of @minus{}1
353 is used to designate that the source file name (padded to a 4-byte
354 boundary and followed by another @minus{}1) follows.  In addition, a line number
355 of @minus{}2 is used to designate that the name of a function (also padded to a
356 4-byte boundary and followed by a @minus{}2) follows.
358 The @file{.bbg} file is used to reconstruct the program flow graph for
359 the source file.  It contains a list of the program flow arcs (possible
360 branches taken from one basic block to another) for each function which,
361 in combination with the @file{.bb} file, enables gcov to reconstruct the
362 program flow.
364 In the @file{.bbg} file, the format is:
365 @smallexample
366         name of function #0
367         checksum of function #0
368         number of basic blocks for function #0 (4-byte number)
369         total number of arcs for function #0 (4-byte number)
370         count of arcs in basic block #0 (4-byte number)
371         destination basic block of arc #0 (4-byte number)
372         flag bits (4-byte number)
373         destination basic block of arc #1 (4-byte number)
374         flag bits (4-byte number)
375         @dots{}
376         destination basic block of arc #N (4-byte number)
377         flag bits (4-byte number)
378         count of arcs in basic block #1 (4-byte number)
379         destination basic block of arc #0 (4-byte number)
380         flag bits (4-byte number)
381         @dots{}
382 @end smallexample
384 A @minus{}1 (stored as a 4-byte number) is used to separate each function's
385 list of basic blocks, and to verify that the file has been read
386 correctly.
388 The function name is stored as a @minus{}1 (4 bytes), the length (4 bytes),
389 the name itself (padded to 4-byte boundary) followed by a @minus{}1 (4 bytes).
391 The @file{.da} file is generated when a program containing object files
392 built with the GCC @option{-fprofile-arcs} option is executed.  A
393 separate @file{.da} file is created for each source file compiled with
394 this option, and the name of the @file{.da} file is stored as an
395 absolute pathname in the resulting object file.  This path name is
396 derived from the source file name by substituting a @file{.da} suffix.
398 The @file{.da} consists of several blocks (one for each run) with the following structure:
399 @smallexample
400         "magic" number @minus{}123 (4-byte number)
401         number of functions (4-byte number)
402         length of the "extension block" in bytes
403         extension block (variable length)
404         name of function #0 (the same format as in .bbg file)
405         checksum of function #0
406         number of instrumented arcs (4-byte number)
407         count of arc #0 (8-byte number)
408         count of arc #1 (8-byte number)
409         @dots{}
410         count of arc #M_0 (8-byte number)
411         name of function #1 (the same format as in .bbg file)
412         checksum of function #1
413         @dots{}
414 @end smallexample
415 The current structure of the extension block is as follows:
416 @smallexample
417         number of instrumented arcs in whole program (4-byte number)
418         sum all of instrumented arcs in whole program (8-byte number)
419         maximal value of counter in whole program (8-byte number)
420         number of instrumented arcs in the object file (4-byte number)
421         sum all of instrumented arcs in the object file (8-byte number)
422         maximal value of counter in the object file (8-byte number)
423 @end smallexample
425 All three of these files use the functions in @file{gcov-io.h} to store
426 integers; the functions in this header provide a machine-independent
427 mechanism for storing and retrieving data from a stream.