使用 gcov/lcov/gcovr 在 Android APK 下获取代码覆盖率

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前言

C/C++ 代码覆盖率常使用 gcov/lcov/gcovr 等工具生成，它们用起来非常方便，根据下面的参考文档你也能快速搭建起测试环境：

• 使用 Github Actions 和 Codecov 监控 C/C++ 仓库的代码覆盖率
• 关于代码覆盖lcov的使用
• LCOV Code Coverage

简单来说，你需要：

1. 安装 lcov
2. 在 c/c++ 编译选项中添加 -fprofile-arcs -ftest-coverage，编译可执行文件
3. 运行可执行文件
4. 使用 lcov 收集代码覆盖率信息

步骤 2 编译完成后，在 .o 目录下会生成 .gcno 文件；步骤 3 运行可执行文件后，会生成 .gcda 文件；最后配合源码文件，gcov 等工具就能生成报告了。

由于 lcov 和 gcovr 都是基于 gcov 二次开发的工具，因此最重要的是理解 gcov 工具是如何工作的。接下来将详细说明 gcov 的工作流程。

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1. gcno 和 gcda 生成的位置

c/c++ 代码编译时生成 gcno ，gcno 生成的位置与 .o 位置保持一致，以 关于代码覆盖lcov的使用 代码为例，在笔者电脑中，gcno 的位置如下图，可以看到一个 .o 就有一个 .gcno 文件

gcda 文件在执行程序后生成，那么它的生成路径在哪呢？其实这个位置已经在被写到执行程序中，通过 strings 命令，你可以查看二进制文件中字符串内容，以上述例子中的 main 程序为例，你可以看到两行关于 .gcda 的信息：

啊哈，你看，gcda 的位置居然是写死的。这可不妙，因为我们想要在 Android 下拿到 gcda 文件，可 android 手机上可没有这个固定路径，会导致 gcda 文件无法生成。

幸运的是，我们可以通过设置 GCOV_PREFIX 环境变量来修改 gcda 的生成路径。例如，指定 gcda 生成在 /Users/user/Downloads/gcov_test 目录下，接着运行程序：

 export GCOV_PREFIX=/Users/user/Downloads/gcov_test
 ./main

运行结束后，在 /Users/user/Downloads/gcov_test 就生成了 main.cpp.gcda 和 a.cpp.gcda。但 gcda 仍然保持的完整路径，也就是实际路径为：

• /Users/user/Downloads/gcov_test/Users/user/Documents/develop/lcov_test/cmake-build-debug/CMakeFiles/main.dir/main.cpp.gcda
• /Users/user/Downloads/gcov_test/Users/user/Documents/develop/lcov_test/cmake-build-debug/CMakeFiles/main.dir/src/a.cpp.gcda

好家伙，这路径也太长了。幸好，我们可以指定 GCOV_PREFIX_STRIP 来裁剪绝对路径中的级数，例如设置成 export GCOV_PREFIX_STRIP=8 可以得到：

• /Users/user/Downloads/gcov_test/main.cpp.gcda
• /Users/user/Downloads/gcov_test/src/a.cpp.gcda

当然，我们还可以将 GCOV_PREFIX_STRIP 设置成例如 100 这样的非常大的数，让所有 gcda 都存放在同一个目录下。

2. 三要素

想要使用 gcvo 获取代码覆盖率信息需要三要素：

• gcno
• gcda
• 源码

其中，gcno 和 gcda 应该一一对应，在同一个目录层级下，例如 a.cpp.gcno 和 a.cpp.gcda 要在同一目录下。源码的位置则在编译时就被写入到了 gcno 中，通过 strings 命令，你可以发现源码的位置：

很好，这样所有信息都能被串起来了，总结下：

• gcno 在编译时生成，生成的位置与 .o 文件同级；通过 strings 命令，可以在 gcno 找到源码的文件路径
• gcda 在执行完程序后生成，生成的位置被注入到了二进制文件中，通过 strings 命令，可以在二进制文件中找到 gcda 生成的路径；通过设置环境变量 GCOV_PREFIX 和 GCOV_PREFIX_STRIP 我们可以较为方便的修改 gcda 生成的位置
• gcno 和 gcda 需要一一匹配，gcov 命令通过这两个文件的信息，计算得到代码覆盖率，生成 reports

3. Android 下获取覆盖率

有了上面的铺垫，你已经知道了 gcov 的工作原理，想要在 android apk 下获取 gcov 的代码覆盖率，流程上大体相同：

1. native c/c++ 编译中添加 coverage 相关的编译选项
2. 本地编译 apk 或者库文件，在中间产物的目录中，得到 c/c++ 的 gcno 文件
3. 指定 GCOV_PREFIX 和 GCOV_PREFIX_STRIP 指定 gcda 在手机上生成的位置
4. 从手机上将 gcda 文件 pull 下来到本机
5. 使用 gcov/lcov/gcovr 等工具生成覆盖率报告

具体的 demo 你可以在 AndroidNativeCodeCoverageExample 找到。在 Android apk 上拿到代码覆盖率的具体步骤如下：

1. 在 app/CMakeLists.txt 中 set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -fprofile-arcs -ftest-coverage") 设置编译选项

2. 在 Android Studio 编译 apk 后，可以在编译目录找到 *.gcno 文件
   
   通过 strings 命令查看源码位置，发现是一个相对路径，请注意这个相对路径，如果你执行 gcov 命令却提示找不到源码时，请确保 gcno/gcda 文件与源码的是配对的。
   
   此外，通过 strings 命令查看生成的 .o 文件，可以查询到 *.gcda 生成的目录：
   
   

3. 在 android 代码中指定 GCOV_PREFIX 和 GCOV_PREFIX_STRIP，确保 GCOV_PREFIX 是有权限写入的。在示例中 GCOV_PREFIX 被指定为应用缓存目录；GCOV_PREFIX_STRIP=100 裁剪掉掉前 100 个目录，我们让所有 gcda 文件都在同一级目录下，方便处理。
   

4. 在 apk 的退出时，调用需要调用 __gcov_flush 让 gcov 生成 gcda 文件。这篇文章 解释了为什么要这么做，我这里采用了一种更简单的方式，重载 onDestroy 在退出时就去调用 __gcov_flush
   
   如果一切顺利，你可以在手机上找到这些 *.gcda 文件：
   

5. 将 *.gcda 文件全部 pull 下来，存放在一个特殊位置的文件夹，在这个文件夹中，使得 gcno 纪录的源码相对位置是匹配的。在我的电脑上，这个路径为 /Users/user/Documents/develop/NativeCodeCoverageTest/app/.cxx/Debug/3g1m3d1m/gcov，在这里存放 gcno 文件，可以使得 ../../../../src/main/cpp/a.cpp 刚好是匹配的。同时，将编译生成的 gcno 也 copy 到该目录下：
   

6. 使用 gcov/lcov/gcorv 等工具生成 report。这里以 gcovr 为例：

gcovr -v -r /Users/user/Documents/develop/NativeCodeCoverageTest/app/src .

如果 gcovr 无法正确生成报告，可以加上 -v 选项看看 debug 信息；在或者先使用 gcov --dump 命令试试，毕竟 gcovr 是调用 gcov 的。

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4. 总结

本文介绍了 gcov 生成代码覆盖率的基本流程和原理，重点说明了 gcno、gcda 和源码文件之间的关系；通过 strings 命令可以查询 gcno 中指定的源码位置，以及 gcda 的生成位置；通过对 GCOV_PREFIX 和 GCOV_PREFIX_STRIP的设置，可以指定 gcda 生成的位置。最后，通过 AndroidNativeCodeCoverageExample 具体示例，详细说明了如何运行 android apk 并获取 c/c++ 的代码覆盖率。

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5. 参考

• 使用 Github Actions 和 Codecov 监控 C/C++ 仓库的代码覆盖率
• 关于代码覆盖lcov的使用
• LCOV Code Coverage
• gcov lcov进行 android apk项目的 code coverage 代码覆盖率检测
  
• AndroidNativeCodeCoverageExample