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Python自动绘制UML图、函数调用图（Call Graph）

widuu / 5152人阅读

摘要：借助，自动提取代码的动态调用流程图。绘制类图安装是一个开源图形可视化软件。循环曲线表示递归过程调用。绘制的常用工具有静态调用图等。包括模块之间的调用流程函数调用次数及耗时等。

文章目录

1. 引言

在设计软件、分析代码时，我们常常会借助UML以及函数调用图，来帮自己梳理思路。

尤其是遇到bug时，借助这些可视化手段，也可以帮你在调试过程中发现逻辑错误。

本文主要介绍以下两个方法：

  • 借助graphviz+pyreverse，自动提取python代码的UML类图和包依赖关系。

  • 借助graphviz+pycallgraph，自动提取python代码的动态调用流程图。

2. 绘制UML类图

2.1 安装graphviz

Graphviz 是一个开源图形可视化软件。

Graphviz 以简单的文本语言对图形进行描述，并以多种有用的格式制作图表，例如用于网页的图像和 SVG，用于包含在 PDF 或其他文档中的 Postscript；或显示在交互式图形浏览器中。

步骤①：从官网下载graphviz软件

官网下载：http://www.graphviz.org/download/

下载exe安装包，完成graphviz软件安装，并找到bin路径。

步骤②：设置环境变量


步骤③：安装对应python库

$ conda install python-graphviz

2.2 安装pyreverse

pyreverse是一组用于对 Python 代码进行逆向工程的实用程序。

可以分析Python代码并提取 UML 类图和包依赖关系1：

  • 类属性，及其类型
  • 类方法
  • 类之间的继承链接
  • 类之间的关联链接
  • 异常和接口的表示

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

安装pylint：

$ pip install pylint

注意：pip install pyreverse时，会发现已经找不到这个库了：ERROR: Could not find a version that satisfies the requirement pyreverse，不过pylint中已经包含了pyreverse，所以直接安装pylint即可。

2.3 绘制UML类图

UML类图常用于面向对象的建模中，UML类图的每个方框是一个对象类，每个框从上到下分为三部分，第一部分是对象类名称，第二部分是类的属性，第三部分是类的函数。

在命令行输入语句，生成package的UML图：

$ pyreverse -o png -p Pyreverse pylint/pyreverse/[...]creating diagram packages_Pyreverse.pngcreating diagram classes_Pyreverse.png
  • -o :设置保存图像的格式，如png
  • -p Name: 输出图形以packages_Name.png为名称保存

3. 绘制函数调用图

函数调用图（Call Graph）是一个控制流程图，用于表示程序中各个单元之间的调用关系。每个节点之间的边缘表示调用过程。循环曲线表示递归过程调用。2

绘制Call Graph的常用工具有：pycallgraph、pyan（静态调用图）、gprof2dot 、code2flow等。本文主要介绍pycallgraph的用法。

pycallgraph是一个python模块，可以对python代码进行动态调用图分析3。包括模块之间的调用流程、函数调用次数及耗时等。

3.1 安装graphviz

同2.1节。

步骤①：从官网下载graphviz软件

官网下载：http://www.graphviz.org/download/

下载exe安装包，完成graphviz软件安装，并找到bin路径。

步骤②：设置环境变量


步骤③：安装对应python库

$ pip install graphviz

3.2 安装pycallgraph

安装pycallgraph：

$ pip install pycallgraph

3.3 使用示例

第一种：从命令行调用

$ pycallgraph graphviz -- ./mypythonscript.py

第二种：从API调用

最简单的例子，直接在要分析的函数调用前，加上with PyCallGraph(output=GraphvizOutput()):：

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

如果需要指定调用图中包含（include）哪些函数、排除（exclude）哪些函数，就要用到GlobbingFilter(include=[....])、GlobbingFilter(exclude=[....])，例如这样4：

from pycallgraph import PyCallGraphfrom pycallgraph.output import GraphvizOutputfrom pycallgraph import Configfrom pycallgraph import GlobbingFilterdef main():	# TODO: 调用各种类、函数	return	if __name__ == "__main__":	config = Config()    # 调用图中包括(include)哪些函数    # 用moduleName.*表示，包含某个模块内的所有函数    config.trace_filter = GlobbingFilter(include=[        "main",        "app.*",        "widgets.list_widget.*",        "utils.RegionInfo.*"    ])        # 调用图中不包括(exclude)哪些函数    # config.trace_filter = GlobbingFilter(exclude=[    #     "moduleA.*",    #     "moduleB.*",    #     "*.funcB"    # ])        graphviz = GraphvizOutput()    graphviz.output_file = "graph.png"    with PyCallGraph(output=graphviz, config=config):        main()

在程序正常运行完之后，就会在当前路径生成graph.png文件。

越是复杂的程序，生成的调用图就会越大，注意选取你最关注的函数进行可视化。

其他高级用法可以参考：

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

小结

本文介绍了两个python代码可视化工具：

  • 借助graphviz+pyreverse，可以自动提取python代码的UML类图。

  • 借助graphviz+pycallgraph，可以自动提取python代码的动态调用图。

如果对你有帮助的话，欢迎一键三连支持下博主。

  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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