掌握Python系统管理-调试和分析脚本2- cProfile和timeit

调试和分析在Python开发中发挥着重要作用。 调试器可帮助程序员分析完整的代码。 调试器设置断点，而剖析器运行我们的代码，并给我们执行时间的详细信息。 分析器将识别程序中的瓶颈。我们将了解pdb Python调试器，cProfile模块和timeit模块来计算Python代码的执行时间。

涉及内容：

• Python调试技术
• 错误处理（异常处理）
• 调试工具
• 调试基本程序崩溃
• 分析和计时程序
• 使程序运行得更快

跟踪程序

trace_example.py

class Student:
    def __init__(self, std):
        self.count = std

    def go(self):
        for i in range(self.count):
            print(i)
        return
if __name__ == '__main__':
    Student(5).go()

执行：

$ python3 -m trace --trace trace_example.py
 --- modulename: trace_example, funcname: <module>
trace_example.py(1): class Student:
 --- modulename: trace_example, funcname: Student
trace_example.py(1): class Student:
trace_example.py(2):     def __init__(self, std):
trace_example.py(5):     def go(self):
trace_example.py(9): if __name__ == '__main__':
trace_example.py(10):     Student(5).go()
 --- modulename: trace_example, funcname: __init__
trace_example.py(3):         self.count = std
 --- modulename: trace_example, funcname: go
trace_example.py(6):         for i in range(self.count):
trace_example.py(7):             print(i)
0
trace_example.py(6):         for i in range(self.count):
trace_example.py(7):             print(i)
1
trace_example.py(6):         for i in range(self.count):
trace_example.py(7):             print(i)
2
trace_example.py(6):         for i in range(self.count):
trace_example.py(7):             print(i)
3
trace_example.py(6):         for i in range(self.count):
trace_example.py(7):             print(i)
4
trace_example.py(6):         for i in range(self.count):
trace_example.py(8):         return
 --- modulename: trace, funcname: _unsettrace
trace.py(77):         sys.settrace(None)

参考资料

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分析和计时程序

分析Python程序意味着测量程序的执行时间。它衡量每个功能所花费的时间。 Python的cProfile模块用于分析Python程序。

cProfile模块
如前所述，分析意味着测量程序的执行时间。我们将使用cProfile Python模块来分析程序。

现在，我们将编写一个cprof_example.py脚本并在其中编写以下代码：

mul_value = 0 

def mul_numbers( num1, num2 ):
    mul_value = num1 * num2; 
    print ("Local Value: ", mul_value)
    return mul_value

mul_numbers( 58, 77 )
print ("Global Value: ", mul_value)

执行：

$ python3 -m cProfile cprof_example.py
Local Value:  4466
Global Value:  0
         6 function calls in 0.000 seconds

   Ordered by: standard name

   ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)
        1    0.000    0.000    0.000    0.000 cprof_example.py:1(<module>)
        1    0.000    0.000    0.000    0.000 cprof_example.py:3(mul_numbers)
        1    0.000    0.000    0.000    0.000 {built-in method builtins.exec}
        2    0.000    0.000    0.000    0.000 {built-in method builtins.print}
        1    0.000    0.000    0.000    0.000 {method 'disable' of '_lsprof.Profiler' objects}

• ncalls：调用次数
• tottime：函数花费的总时间
• percall：tottime/ncalls
• cumtime：函数及其子函数中花费的累计时间
• percall：cumtime/primitive calls
  filename：lineno（function）：函数信息

使用timeit，我们可以决定我们想要测量哪些代码的性能。因此，我们可以轻松定义设置代码以及我们要单独执行测试的代码段。主代码运行100万次，这是默认时间，而设置代码只运行一次。

import timeit

prg_setup = "from math import sqrt"
prg_code = '''
def timeit_example():
    list1 = []
    for x in range(50):
        list1.append(sqrt(x))
''' 
# timeit statement
print(timeit.timeit(setup = prg_setup, stmt = prg_code, number = 10000))

执行：

$ python timeit_example.py
0.00180888175964

使程序运行得更快

有多种方法可以使Python程序运行得更快，如下所示：

• Profile代码，以便识别瓶颈
• 使用内置函数和库，因此解释器不需要执行循环
• 避免使用全局变量，因为Python在访问全局变量时非常慢
• 使用已有包

小结

在本章中，我们了解了调试和分析程序的重要性。我们了解了可用于调试的不同技术。
我们了解了pdb Python调试器以及如何处理异常。我们在分析和计时脚本时学习了如何使用Python的cProfile和timeit模块。我们还学习了如何使脚本运行得更快。