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代码覆盖对于软件编程开发程序员来说是轻车熟路的一项工作。今天我们就通过案例分析来简单了解一下，关于代码覆盖的原理都有哪些。

覆盖率检测原理

生成覆盖率报告，先需要在Xcode中配置编译选项，编译后会为每个可执行文件生成对应的.gcno文件;之后在代码中调用覆盖率分发函数，会生成对应的.gcda文件。

其中，.gcno包含了代码计数器和源码的映射关系，.gcda记录了每段代码具体的执行次数。覆盖率解析工具需要结合这两个文件给出后的检测报表。接下来先看看.gcno的生成逻辑。

.gcno

利用Clang分别生成源文件的AST和IR文件，对比发现，AST中不存在计数指令，而IR中存在用来记录执行次数的代码。搜索LLVM源码可以找到覆盖率映射关系生成源码。覆盖率映射关系生成源码是LLVM的一个Pass，(下文简称GCOVPass)用来向IR中插入计数代码并生成.gcno文件(关联计数指令和源文件)。

下面分别介绍IR插桩逻辑和.gcno文件结构。

IR插桩逻辑

代码行是否执行到，需要在运行中统计，这就需要对代码本身做一些修改，LLVM通过修改IR插入了计数代码，因此我们不需要改动任何源文件，仅需在编译阶段增加编译器选项，就能实现覆盖率检测了。

从编译器角度看，基本块(BasicBlock，下文简称BB)是代码执行的基本单元，LLVM基于BB进行覆盖率计数指令的插入，BB的特点是：

只有一个入口。

只有一个出口。

只要基本块中一条指令被执行，那么基本块内所有指令都会顺序执行一次。

覆盖率计数指令的插入会进行两次循环，外层循环遍历编译单元中的函数，内层循环遍历函数的基本块。函数遍历仅用来向.gcno中写入函数位置信息，这里不再赘述。

一个函数中基本块的插桩方法如下：

统计所有BB的后继数n，创建和后继数大小相同的数组ctr[n]。

以后继数编号为序号将执行次数依次记录在ctr[i]位置，对于多后继情况根据条件判断插入。

.gcno计数符号和文件位置关联

.gcno是用来保存计数插桩位置和源文件之间关系的文件。GCOVPass在通过两层循环插入计数指令的同时，会将文件及BB的信息写入.gcno文件。写入步骤如下：

创建.gcno文件，写入Magicnumber(oncg+version)。

随着函数遍历写入文件地址、函数名和函数在源文件中的起止行数(标记文件名，函数在源文件对应行数)。

随着BB遍历，写入BB编号、BB起止范围、BB的后继节点编号(标记基本块跳转关系)。

写入函数中BB对应行号信息(标注基本块与源码行数关系)。

从上面的写入步骤可以看出，.gcno文件结构由四部分组成：

文件结构

函数结构

BB结构

BB行结构

通过这四部分结构可以完全还原插桩代码和源码的关联，我们以BB结构/BB行结构为例，给出结构图2(a)BB结构，(b)BB行信息结构，在本章末尾覆盖率解析部分，我们利用这个结构图还原代码执行次数(每行等高格代表64bit)：

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