C++(Qt)软件调试---VS性能探查器（27）
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1 概述🐜
软件开发中程序性能优化、性能瓶颈排查对开发人员来说是必不可少的技能。
常见的性能优化包括CPU使用率、内存使用率、内存泄漏、文件IO等。
linux下的perf工具功能非常强大，但是可惜不支持Windows；而windows中VS也提供了类似的工具，本文主要讲解VS性能探查器常用工具的基本使用和注意事项。
Visual Studio的性能探查器是开发人员用于检测和优化应用程序性能的重要工具。
不同版本的VS提供的性能探查器有一定区别，旧版本的VS中性能探查器包含的工具种类要少一些。
性能探查器中提供的工具包括：
VS提供的这些工具其中部分适用于C++程序开发，部分不适应。
演示环境：
| 环境 | 版本 |
|---|---|
| 系统 | Windows11 |
| IDE | VS2017、VS2022 |
2 VS工具说明
2.1 使用场景
| 性能工具 | 说明 | 何时使用此工具？ |
|---|---|---|
| CPU 使用率 | 显示 CPU 耗用时间的位置。 | • 开始调查一般的性能问题。 • 调查高服务器 CPU 使用率。 • 调查 DevOps 场景，例如订单无法发送到零售网站的情况。 • 优化 CPU 使用率。 • 调查 API 调用中的延迟。 |
| 火焰图 | 在 CPU 使用率工具中查看，该工具提供调用树的备用可视化效果。 | 调查 API 调用中的延迟 |
| 热路径 | 在 CPU 使用率工具中查看，该工具显示应用程序耗用大部分 CPU 时间的位置。 | 调查 API 调用中的延迟 |
| 内存使用率 | 显示应用内存以查找内存泄漏等问题。 | • 优化内存使用情况 • 调查 UI 冻结 • 调查可疑内存泄漏（本机代码） |
| .NET 对象分配 | 显示 .NET 对象的分配位置以及有关垃圾回收的信息。 | • 优化 .NET 内存使用情况 • 分析垃圾回收 |
| 检测 | 显示确切的调用计数和调用时间。 | • 需要类似于 CPU 使用率的工具，但希望根据壁挂时钟时间确定在函数中花费的确切调用计数和时间。 • 你希望确定被阻止的时间，例如等待锁所用的时间。 • 注意：此工具需要额外的开销。 |
| 文件 I/O | 显示文件 I/O 操作以及它们花费的时间和要处理的数据量。 | 调查 UI 冻结 |
| 性能提示 | 显示与代码交互时性能信息的快速度量。 | 调试时，你希望查看上一步操作（或断点）到当前步骤或断点之间的运行时间。 |
| 事件查看器 | 显示 HTTP 请求、日志消息和异常。 | • 调查 API 调用中的延迟 • 调查远程 Web 服务器上运行缓慢的应用程序 |
| .NET Async | 显示 .NET 应用中的异步/await 使用情况。 | 调查怀疑异步代码存在的性能问题。 |
| .NET 计数器 | .NET 计数器的实时报告。 | • 开始调查常规性能问题。 • 需要跟踪基于 .NET 计数器的指标，例如每秒异常数、垃圾回收和 CPU 利用率。 |
| Database | 显示数据库查询性能。 | 调查使用 ADO.NET 或 Entity Framework Core 的数据库查询的性能。 |
| GPU 使用情况 | 显示 Direct3D 应用的高级硬件使用情况。 | 检查应用性能是受 CPU 限制还是受 GPU 限制。 |
| 应用程序时间线 | 显示 XAML 应用的 UI 性能。 | 调查 XAML 应用中的 UI 性能，例如呈现帧所用的时间。 |
| IntelliTrace | 调试器工具可用于记录事件，并检查应用程序在不同执行点的状态。 | 你需要一个工具来检查应用程序在不同点的状态，而不仅仅是当前应用程序状态。 |
2.2 工具适用项目
| 性能工具 | .NET | C/C++ | UWP | ASP.NET/ASP.NET Core |
|---|---|---|---|---|
| CPU 使用率 | 是 | 是 | 是 | 是 |
| 内存使用率 | 是 | 是 | 是 | 是 |
| .NET 对象分配 | 是 | 否 | 是 | 是 |
| 检测 | 是 | 是 | 是 | 是 |
| 文件 I/O | 是 | 是 | 是 | 是 |
| 性能提示 | 是 | 是 | 是 | 是 |
| 事件查看器 | 是 | 是 | 是 | 是 |
| .NET Async | 是 | 否 | 是 | 是 |
| .NET 计数器 | 是（仅限 .NET Core/5 及更高版本） | 否 | 否 | 是（仅限 ASP.NET Core） |
| Database | 是（仅限 .NET Core/5 及更高版本） | 否 | 否 | 是（仅限 ASP.NET Core） |
| GPU 使用情况 | 是 | 是 | 是 | 否 |
| 应用程序时间线 | 是 (XAML) | 否 | 是 | 否 |
| 性能资源管理器 | 否 | 否 | 否 | 否 |
| IntelliTrace | 仅适用于带有 Visual Studio Enterprise 的 .NET | 否 | 仅适用于带有 Visual Studio Enterprise 的 .NET | 仅适用于带有 Visual Studio Enterprise 的 .NET |
3 CPU使用率
-
创建一个工程，这里我创建的是一个Qt工程；
-
添加如下所示代码：
#include "QtWidgetsApplication3.h" #include <vector> #include <list> using namespace std; void fun1() { vector<int> arr; for (int i = 0; i < 10000000; i++) { arr.push_back(i); } } void fun2() { list<int> arr; for (int i = 0; i < 10000000; i++) { arr.push_back(i); } } void fun3() { vector<int> arr; arr.reserve(10000000); for (int i = 0; i < 10000000; i++) { arr.push_back(i); } } QtWidgetsApplication3::QtWidgetsApplication3(QWidget *parent) : QWidget(parent) { ui.setupUi(this); fun1(); fun2(); fun3(); } QtWidgetsApplication3::~QtWidgetsApplication3() {} -
选择【Debug】模式，【调试】【性能探查器】或者直接按快捷键【Alt + F2】打开；
- 如果是【Release】模式，需要选择项目，右键【属性】【链接器】【调试】，将生成调试信息项选为【生成调试信息 (/DEBUG)】，用于生成pdb符号表，否则测试结果没办法看。
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勾选【CPU使用率】，然后点击【开始】按键；
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编译运行起来后就开始检测CPU使用率了，当需要停止检测时直接退出程序或者点击【停止收集】就能自动生成分析结果了；
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如下图所示可以看出在【热路径】栏中CPU占用高的函数为
fun2()，或者点击【打开详细信息】更容易观看；
-
如下图所示，可选择【调用方/被调用方】、【调用树】、【模块】、【函数】、【火焰图】几种显示视图；
- 点击调用方三个矩形模块可以切换调用函数；
- 调用树适用于函数调用栈不深的情况，对于Qt开发的程序一般函数调用栈都比较深，使用调用树视图很不方便观看；
- 模块视图可适用于分析使用到的动态库性能；
- 使用较多的是函数视图，可以直接看哪个函数CPU占用高，然后双击函数名打开所在代码；
- 火焰图是CPU性能分析常见视图，在使用perf时常常使用火焰图，但是在VS2022中才有，旧版本的VS没有火焰图。
-
鼠标在生成的报告上右键可以选择保存报告，最好将此时的代码、可执行程序、pdb符号表保存到一起，用于后续回看。
-
如同所示可分析不同线程的CPU占用率。
-
如下图所示，在不同视图中鼠标右键打开菜单可以切换使用其它视图显示。
-
使用火焰图时如下所示，纵轴为函数调用堆栈，横轴为函数占用CPU时长，函数执行越耗时，越宽。
4 内存分析
使用内存分析工具可以分析C++程序出现的内存泄露等问题。
4.1 调试模式下分析内存
例如控制台程序，可能运行后立即就退出了，这种情况就需要使用调试模式来分析内存泄漏。
注意：
- 最好使用debug模式，如果使用release模式那就需要设置生成pdb符号表。
- vs的内存分析工具不使用于大型项目，并且对程序性能影响较大，执行过程中会在
C:\Users\MHF\AppData\Local\Temp文件夹中生成大量数据，几分钟可能就几个G或者几十个G，所以如果C盘内存不足也会导致分析失败或者分析速度非常慢。
-
创建一个C++工程，代码如下所示：
#include <iostream> void fun() { int* p = new int[10000]; for (int i = 0; i < 10000; i++) { p[i] = i; } } void fun1() { int* p = new int[10000]; for (int i = 0; i < 10000; i++) { p[i] = i; } delete[] p; } int main() { for (int i = 0; i < 100; i++) { fun(); fun1(); } return 0; } -
如图所示，在需要分析内存的代码段前后打上断点，然后按F5开始调试；
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如图所示，在命中第一个断点后，进入【诊断工具】，选择【内存使用率】，点击【堆分析】；
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然后点击【截取快照】，就会生成内存镜像；
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再按F5继续执行，命中第二个断点，然后点击【截取快照】就会生成第二个内存快照；
-
可以看出第二个内存快照相对于第一个出现了内存增长；
-
双击第二个内存快照；就会出现内存使用窗口；
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然后双击使用的内存项，就会出现分配内存的堆栈，如下所示，在fun函数中，文件第8行分配的内存出现内存泄漏；
4.2 非调试模式下分析内存
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创建一个Qt程序；添加一个PushButton，在按键槽函数中分配内存不释放；
-
然后点击【调试】【性能探查器】；
-
勾选【内存使用率】，点击【开始】；
-
如下所示，程序启动后，点击【截取快照】，然后点击操作程序分配内存，再次点击【截取快照】，点击【停止收集】或者直接退出程序，当生成分析报告后可看出第二层快照存在内存增长，点击第二层快照就可以看见内存泄漏的堆栈位置了。
5 相关地址🐐
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_43627907/article/details/144805239
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