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Python自動繪制UML圖、函數調用圖（Call Graph）

widuu / 5259人閱讀

摘要：借助，自動提取代碼的動態調用流程圖。繪制類圖安裝是一個開源圖形可視化軟件。循環曲線表示遞歸過程調用。繪制的常用工具有靜態調用圖等。包括模塊之間的調用流程函數調用次數及耗時等。

1. 引言

在設計軟件、分析代碼時，我們常常會借助UML以及函數調用圖，來幫自己梳理思路。

尤其是遇到bug時，借助這些可視化手段，也可以幫你在調試過程中發現邏輯錯誤。

本文主要介紹以下兩個方法：

  • 借助graphviz+pyreverse，自動提取python代碼的UML類圖和包依賴關系。

  • 借助graphviz+pycallgraph，自動提取python代碼的動態調用流程圖。

2. 繪制UML類圖

2.1 安裝graphviz

Graphviz 是一個開源圖形可視化軟件。

Graphviz 以簡單的文本語言對圖形進行描述，并以多種有用的格式制作圖表，例如用于網頁的圖像和 SVG，用于包含在 PDF 或其他文檔中的 Postscript；或顯示在交互式圖形瀏覽器中。

步驟①：從官網下載graphviz軟件

官網下載：http://www.graphviz.org/download/

下載exe安裝包，完成graphviz軟件安裝，并找到bin路徑。

步驟②：設置環境變量


步驟③：安裝對應python庫

$ conda install python-graphviz

2.2 安裝pyreverse

pyreverse是一組用于對 Python 代碼進行逆向工程的實用程序。

可以分析Python代碼并提取 UML 類圖和包依賴關系1：

  • 類屬性，及其類型
  • 類方法
  • 類之間的繼承鏈接
  • 類之間的關聯鏈接
  • 異常和接口的表示

Pyreverse 現在已集成到 pylint 中：http://pypi.python.org/pypi/pylint/

安裝pylint：

$ pip install pylint

注意：pip install pyreverse時，會發現已經找不到這個庫了：ERROR: Could not find a version that satisfies the requirement pyreverse，不過pylint中已經包含了pyreverse，所以直接安裝pylint即可。

2.3 繪制UML類圖

UML類圖常用于面向對象的建模中，UML類圖的每個方框是一個對象類，每個框從上到下分為三部分，第一部分是對象類名稱，第二部分是類的屬性，第三部分是類的函數。

在命令行輸入語句，生成package的UML圖：

$ pyreverse -o png -p Pyreverse pylint/pyreverse/[...]creating diagram packages_Pyreverse.pngcreating diagram classes_Pyreverse.png
  • -o :設置保存圖像的格式，如png
  • -p Name: 輸出圖形以packages_Name.png為名稱保存

3. 繪制函數調用圖

函數調用圖（Call Graph）是一個控制流程圖，用于表示程序中各個單元之間的調用關系。每個節點之間的邊緣表示調用過程。循環曲線表示遞歸過程調用。2

繪制Call Graph的常用工具有：pycallgraph、pyan（靜態調用圖）、gprof2dot 、code2flow等。本文主要介紹pycallgraph的用法。

pycallgraph是一個python模塊，可以對python代碼進行動態調用圖分析3。包括模塊之間的調用流程、函數調用次數及耗時等。

3.1 安裝graphviz

同2.1節。

步驟①：從官網下載graphviz軟件

官網下載：http://www.graphviz.org/download/

下載exe安裝包，完成graphviz軟件安裝，并找到bin路徑。

步驟②：設置環境變量


步驟③：安裝對應python庫

$ pip install graphviz

3.2 安裝pycallgraph

安裝pycallgraph：

$ pip install pycallgraph

3.3 使用示例

第一種：從命令行調用

$ pycallgraph graphviz -- ./mypythonscript.py

第二種：從API調用

最簡單的例子，直接在要分析的函數調用前，加上with PyCallGraph(output=GraphvizOutput()):：

from pycallgraph import PyCallGraphfrom pycallgraph.output import GraphvizOutputwith PyCallGraph(output=GraphvizOutput()):	# 調用你要分析的函數    code_to_profile()

如果需要指定調用圖中包含（include）哪些函數、排除（exclude）哪些函數，就要用到GlobbingFilter(include=[....])、GlobbingFilter(exclude=[....])，例如這樣4：

from pycallgraph import PyCallGraphfrom pycallgraph.output import GraphvizOutputfrom pycallgraph import Configfrom pycallgraph import GlobbingFilterdef main():	# TODO: 調用各種類、函數	return	if __name__ == "__main__":	config = Config()    # 調用圖中包括(include)哪些函數    # 用moduleName.*表示，包含某個模塊內的所有函數    config.trace_filter = GlobbingFilter(include=[        "main",        "app.*",        "widgets.list_widget.*",        "utils.RegionInfo.*"    ])        # 調用圖中不包括(exclude)哪些函數    # config.trace_filter = GlobbingFilter(exclude=[    #     "moduleA.*",    #     "moduleB.*",    #     "*.funcB"    # ])        graphviz = GraphvizOutput()    graphviz.output_file = "graph.png"    with PyCallGraph(output=graphviz, config=config):        main()

在程序正常運行完之后，就會在當前路徑生成graph.png文件。

越是復雜的程序，生成的調用圖就會越大，注意選取你最關注的函數進行可視化。

其他高級用法可以參考：

官方文檔：https://pycallgraph.readthedocs.io/en/master/

小結

本文介紹了兩個python代碼可視化工具：

  • 借助graphviz+pyreverse，可以自動提取python代碼的UML類圖。

  • 借助graphviz+pycallgraph，可以自動提取python代碼的動態調用圖。

如果對你有幫助的話，歡迎一鍵三連支持下博主。

  1. https://www.logilab.org/blogentry/6883 ??

  2. https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Call+graph ??

  3. https://zhuanlan.zhihu.com/p/108481835 ??

  4. https://blog.csdn.net/qq_37177765/article/details/95886071 ??

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