第十六章 调试和性能分析

用 pdb 进行代码调试

首先,我们来看代码的调试。也许不少人会有疑问:代码调试?说白了不就是在程序中使用 print() 语句吗?

没错,在程序中相应的地方打印,的确是调试程序的一个常用手段,但这只适用于小型程序。因为你每次都得重新运行整个程序,或是一个完整的功能模块,才能看到打印出来的变量值。如果程序不大,每次运行都非常快,那么使用 print(),的确是很方便的。

可能又有人会说,现在很多的 IDE 不都有内置的 debug 工具吗?

如何使用 pdb

首先,要启动 pdb 调试,我们只需要在程序中,加入import pdbpdb.set_trace()这两行代码就行了

a = 1
b = 2
import pdb
pdb.set_trace()
c = 3
print(a + b + c)

这时,我们就可以执行,在 IDE 断点调试器中可以执行的一切操作,比如打印,语法是"p ":

(pdb) p a
1
(pdb) p b
2

除了打印,常见的操作还有“n”,表示继续执行代码到下一行

(pdb) n
-> print(a + b + c)

而命令l,则表示列举出当前代码行上下的 11 行源代码,方便开发者熟悉当前断点周围的代码状态

(pdb) l
  1    a = 1
  2    b = 2
  3    import pdb
  4    pdb.set_trace()
  5  ->  c = 3
  6    print(a + b + c)

命令“s“,就是 step into 的意思,即进入相对应的代码内部。

当然,除了这些常用命令,还有许多其他的命令可以使用

参考对应的官方文档:https://docs.python.org/3/library/pdb.html#module-pdb%EF%BC%89

用 cProfile 进行性能分析

关于调试的内容,我主要先讲这么多。事实上,除了要对程序进行调试,性能分析也是每个开发者的必备技能。

日常工作中,我们常常会遇到这样的问题:在线上,我发现产品的某个功能模块效率低下,延迟高,占用的资源多,但却不知道是哪里出了问题。

这时,对代码进行 profile 就显得异常重要了。

这里所谓的 profile,是指对代码的每个部分进行动态的分析,比如准确计算出每个模块消耗的时间等。

计算斐波拉契数列,运用递归思想

def fib(n):
    if n == 0:
        return 0
    elif n == 1:
        return 1
    else:
        return fib(n-1) + fib(n-2)

def fib_seq(n):
    res = []
    if n > 0:
        res.extend(fib_seq(n-1))
    res.append(fib(n))
    return res

fib_seq(30)

接下来,我想要测试一下这段代码总的效率以及各个部分的效率

import cProfile

cProfile.run('fib_seq(30)')

参数介绍:

  • ncalls,是指相应代码 / 函数被调用的次数
  • tottime,是指对应代码 / 函数总共执行所需要的时间(注意,并不包括它调用的其他代码 / 函数的执行时间)
  • tottime percall,就是上述两者相除的结果,也就是tottime / ncalls
  • cumtime,则是指对应代码 / 函数总共执行所需要的时间,这里包括了它调用的其他代码 / 函数的执行时间
  • cumtime percall,则是 cumtime 和 ncalls 相除的平均结果。

经典的参数错误

def add(a,b):
    a += b
    return a

a = 1
b = 2
c = add(a,b)
print(c)       
print(a,b)      

a = [1,2]
b = [3,4]
c = add(a,b)
print(c)        
print(a,b)      

a = (1,2)
b = (3,4)
c = add(a,b)
print(c)        
print(a,b)     

不可变类型

以int类型为例:实际上 i += 1 并不是真的在原有的int对象上+1,而是重新创建一个value为6的int对象,i引用自这个新的对象。

可变类型

以list为例。list在append之后,还是指向同个内存地址,因为list是可变类型,可以在原处修改。

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