作为一名linux系统下的C语言开发，日常工作中经常遇到两个问题：

　　一是分析代码过程中，各种数据结构互相关联，只通过代码很难理清系统中所有结构体的整体架构，影响代码消化的效率;

　　二是多层头文件嵌套包含，在新增需要被多处引用的结构体或者函数接口时，难以找到合适的地方放置结构体和函数接口的定义。

　　为解决这两个问题，用python分别写了两个脚本：

　　第一个脚本用于绘制关键数据结构的关联关系图，协助快速理解组织架构，加速理解代码逻辑；

　　第二个脚本用于分析指定目录下的头文件包含关系，协助新增结构体或者函数接口时快速找到合适的放置位置；

　　两个脚本绘图效果分别见下图1,图2。

图1.数据结构关联关系图

图2.头文件包含关系图（截取部分）

　　以下代码是用于分析结构体关联关系的python脚本(analysis_data_struct.py)，使用方法如下：

　　1.在电脑上安装python和graphviz绘图工具（自行搜索，安装方法略）；

　　2.把需要绘制关系图的关键数据结构复制粘贴到一个文本文件中;

　　3.把脚本中的保存数据结构文件路径(G:\git_repository\libreofficedraw\linux_4.18\plfc_struct )替换为自己的保存数据结构的文件路径(可自行修改脚本，通过参数传入文件路径);

　　4.执行命令 python analysis_data_struct.py >tmpfile; dot -Tsvg tmpfile -o xxxx.svg; 其中第一条命令使用python分析数据结构并生成用于绘图的dot语言，第二条命令利用graphviz根据tmpfile中的dot语言描述绘图。图形保存到xxxx.svg文件中;可以使用浏览器打开。

  1. #!/usr/bin/python3
  2. import os,re
  3. prefix = '''digraph spdk {
  4.     graph [
  5.         rankdir = "LR"
  6.         //splines=polyline
  7.         //overlap=false
  8.     ];
  9.  
  10.     node [
  11.         fontsize = "16"
  12.         shape = "ellipse"\r
  13.     ];
  14.  
  15.     edge [
  16.     ];
  17. '''
  18.  
  19. middle_str = ''
  20. edge_list = []
  21. edge_string = ''
  22. cur_indentation_level = 0
  23. space4 = '    '
  24. space8 = space4 + space4
  25. space12 = space4 + space8
  26. space16 = space4 + space12
  27. node_database = {}
  28. node_database['created'] = []
  29. color_arrary = ['red', 'green', 'blue', 'black','blueviolet','brown', 'cadetblue','chocolate','crimson','cyan','darkgrey','deeppink','darkred']
  30. with open(r'G:\git_repository\libreofficedraw\linux_4.18\plfc_struct', 'r') as file_input:
  31.     tmpline = file_input.readline()
  32.     while(tmpline):
  33.         tmpline = re.sub(r'([^a-zA-Z0-9]const )', ' ', tmpline)
  34.         #for match :struct device {
  35.         if re.search(r'struct\s*([0-9a-zA-Z_\-]+)\s*\{', tmpline):
  36.             m = re.search(r'struct\s*([0-9a-zA-Z_\-]+)\s*\{', tmpline)
  37.             cur_indentation_level += 1
  38.             if (cur_indentation_level == 1):
  39.                 node_name =  m.group(1)
  40.                 node_str = space4 + '\"' + node_name + '\" [\n' + space8 + 'label = \"<head> '+ node_name +'\l|\n' + space12 + '{|{\n'
  41.                 node_database['created'].append(node_name)
  42.                 try:
  43.                     node_database[node_name]['node_str'] = node_str
  44.                 except:
  45.                     node_database[node_name] = {}
  46.                     node_database[node_name]['node_str'] = node_str
  47.         #for match :struct device        *parent;
  48.         elif re.search(r'struct\s*([0-9a-zA-Z_\-]+)\s*(\**)(\s*)([0-9a-zA-Z_\-]+)\s*;', tmpline) and cur_indentation_level > 0:
  49.             m = re.search(r'struct\s*([0-9a-zA-Z_\-]+)\s*(\**)(\s*)([0-9a-zA-Z_\-]+)\s*;', tmpline)
  50.             member_type = m.group(1)
  51.             node_database[node_name]['node_str'] += space16 + '<'+ member_type + '> ' + m.group(2) +  m.group(3) +  m.group(4) + '\l|\n'
  52.             try:
  53.                 node_database[member_type]['included_by'].append(node_name)
  54.             except:
  55.                 try:
  56.                     node_database[member_type]['included_by'] = []
  57.                     node_database[member_type]['included_by'].append(node_name)
  58.                 except:
  59.                     node_database[member_type] = {}
  60.                     node_database[member_type]['included_by'] = []
  61.                     node_database[member_type]['included_by'].append(node_name)
  62.             #print('%s included by %s'%(member_type, node_database[member_type]['included_by']))
  63.             if(member_type in node_database['created']):
  64.                 tmp_edge_str = space4 + node_name + ':' + member_type + ' -> ' + member_type + ':' + 'head'
  65.                 if not tmp_edge_str in edge_list:
  66.                     edge_list.append(tmp_edge_str)
  67.         #for match : void *driver_data;
  68.         elif re.search(r'\s*[0-9a-zA-Z_\-]+\s*(\**[0-9a-zA-Z_\-]+)\s*;', tmpline) and cur_indentation_level > 0:
  69.             m = re.search(r'\s*[0-9a-zA-Z_\-]+\s*(\**[0-9a-zA-Z_\-]+)\s*;', tmpline)
  70.             node_database[node_name]['node_str'] += space16 + '<'+ m.group(1) + '> ' + m.group(1) +  '\l|\n'
  71.         #for match:const char        *init_name;
  72.         elif re.search(r'(.*)\s+(\**)(\s*)([0-9a-zA-Z_\-]+\s*);', tmpline) and cur_indentation_level > 0:
  73.             m = re.search(r'(.*)\s+(\**)(\s*)([0-9a-zA-Z_\-]+\s*);', tmpline)
  74.             node_database[node_name]['node_str'] += space16 + '<'+ m.group(2) + '> ' + m.group(2) + m.group(3) + m.group(4) +  '\l|\n'
  75.         #for match:int *(*runtime_idle)(struct device *dev);
  76.         elif re.search(r'\s*[0-9a-zA-Z_\-]+\s*\**\s*\(\s*(\**\s*[0-9a-zA-Z_\-]+)\s*\)\s*\([^\)]*\)\s*;', tmpline) and cur_indentation_level > 0:
  77.             m = re.search(r'\s*[0-9a-zA-Z_\-]+\s*\**\s*\(\s*(\**\s*[0-9a-zA-Z_\-]+)\s*\)\s*\([^\)]*\)\s*;', tmpline)
  78.             node_database[node_name]['node_str'] += space16 + '<'+ m.group(1) + '> (' + m.group(1) + ')\l|\n'
  79.         #for match: };
  80.         elif re.search(r'\s*\}\s*;', tmpline):
  81.             if(cur_indentation_level >= 1):
  82.                 cur_indentation_level -= 1
  83.                 if (cur_indentation_level == 0):
  84.                     node_database[node_name]['node_str'] += space12 + '}}\"\n'
  85.                     node_database[node_name]['node_str'] += space8 + 'shape = \"record\"\n' + space4 + '];\n'
  86.                     if 'included_by' in node_database[node_name]:
  87.                         for parent_node in node_database[node_name]['included_by']:
  88.                             if parent_node in node_database['created']:
  89.                                 tmp_edge_str = space4 + parent_node + ':' + node_name + ' -> ' + node_name + ':' + 'head'
  90.                                 if not tmp_edge_str in edge_list:
  91.                                     edge_list.append(tmp_edge_str)
  92.         tmpline = file_input.readline()
  93.  
  94. for tmpnode in node_database['created']:
  95.     middle_str = middle_str + node_database[tmpnode]['node_str']
  96. for i, tmpstr in enumerate(edge_list):
  97.     edge_string += tmpstr + '[color="' + color_arrary[i%len(color_arrary)] + '"]\n'
  98.  
  99. print(prefix + middle_str + '\n' + edge_string + '}')

以下为记录数据结构的文本文件（plfc_struct），用于测试。

  1. struct bus_type {
  2.     const char        *name;
  3.     const char        *dev_name;
  4.     struct device        *dev_root;
  5.     const struct attribute_group **bus_groups;
  6.     const struct attribute_group **dev_groups;
  7.     const struct attribute_group **drv_groups;
  8.  
  9.     int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
  10.     int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
  11.     int (*probe)(struct device *dev);
  12.     int (*remove)(struct device *dev);
  13.     void (*shutdown)(struct device *dev);
  14.  
  15.     int (*online)(struct device *dev);
  16.     int (*offline)(struct device *dev);
  17.  
  18.     int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
  19.     int (*resume)(struct device *dev);
  20.  
  21.     int (*num_vf)(struct device *dev);
  22.  
  23.     int (*dma_configure)(struct device *dev);
  24.  
  25.     const struct dev_pm_ops *pm;
  26.  
  27.     const struct iommu_ops *iommu_ops;
  28.  
  29.     struct subsys_private *p;
  30.     struct lock_class_key lock_key;
  31.  
  32.     bool need_parent_lock;
  33. };
  34.  
  35. struct pci_driver {
  36.     struct list_head    node;
  37.     const char        *name;
  38.     const struct pci_device_id *id_table;    /* Must be non-NULL for probe to be called */
  39.     int  (*probe)(struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);    /* New device inserted */
  40.     void (*remove)(struct pci_dev *dev);    /* Device removed (NULL if not a hot-plug capable driver) */
  41.     int  (*suspend)(struct pci_dev *dev, pm_message_t state);    /* Device suspended */
  42.     int  (*suspend_late)(struct pci_dev *dev, pm_message_t state);
  43.     int  (*resume_early)(struct pci_dev *dev);
  44.     int  (*resume) (struct pci_dev *dev);    /* Device woken up */
  45.     void (*shutdown) (struct pci_dev *dev);
  46.     int  (*sriov_configure) (struct pci_dev *dev, int num_vfs); /* On PF */
  47.     const struct pci_error_handlers *err_handler;
  48.     const struct attribute_group **groups;
  49.     struct device_driver    driver;
  50.     struct pci_dynids    dynids;
  51. };
  52.  
  53. struct device_driver {
  54.     const char        *name;
  55.     struct bus_type        *bus;
  56.  
  57.     struct module        *owner;
  58.     const char        *mod_name;    /* used for built-in modules */
  59.  
  60.     bool suppress_bind_attrs;    /* disables bind/unbind via sysfs */
  61.     enum probe_type probe_type;
  62.  
  63.     const struct of_device_id    *of_match_table;
  64.     const struct acpi_device_id    *acpi_match_table;
  65.  
  66.     int (*probe) (struct device *dev);
  67.     int (*remove) (struct device *dev);
  68.     void (*shutdown) (struct device *dev);
  69.     int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
  70.     int (*resume) (struct device *dev);
  71.     const struct attribute_group **groups;
  72.  
  73.     const struct dev_pm_ops *pm;
  74.     void (*coredump) (struct device *dev);
  75.  
  76.     struct driver_private *p;
  77. };
  78.  
  79. struct driver_private {
  80.     struct kobject kobj;
  81.     struct klist klist_devices;
  82.     struct klist_node knode_bus;
  83.     struct module_kobject *mkobj;
  84.     struct device_driver *driver;
  85. };
  86.  
  87. struct kobject {
  88.     const char        *name;
  89.     struct list_head    entry;
  90.     struct kobject        *parent;
  91.     struct kset        *kset;
  92.     struct kobj_type    *ktype;
  93.     struct kernfs_node    *sd; /* sysfs directory entry */
  94.     struct kref        kref;
  95. #ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASE
  96.     struct delayed_work    release;
  97. #endif
  98.     unsigned int state_initialized:;
  99.     unsigned int state_in_sysfs:;
  100.     unsigned int state_add_uevent_sent:;
  101.     unsigned int state_remove_uevent_sent:;
  102.     unsigned int uevent_suppress:;
  103. };
  104.  
  105. struct subsys_private {
  106.     struct kset subsys;
  107.     struct kset *devices_kset;
  108.     struct list_head interfaces;
  109.     struct mutex mutex;
  110.  
  111.     struct kset *drivers_kset;
  112.     struct klist klist_devices;
  113.     struct klist klist_drivers;
  114.     struct blocking_notifier_head bus_notifier;
  115.     unsigned int drivers_autoprobe:;
  116.     struct bus_type *bus;
  117.  
  118.     struct kset glue_dirs;
  119.     struct class *class;
  120. };
  121. struct kset {
  122.     struct list_head list;
  123.     spinlock_t list_lock;
  124.     struct kobject kobj;
  125.     const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
  126. };
  127.  
  128. struct kobj_type {
  129.     void (*release)(struct kobject *kobj);
  130.     const struct sysfs_ops *sysfs_ops;
  131.     struct attribute **default_attrs;
  132.     const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
  133.     const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
  134. };
  135.  
  136. struct sysfs_ops {
  137.     ssize_t    (*show)(struct kobject *, struct attribute *, char *);
  138.     ssize_t    (*store)(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);
  139. };
  140. struct dev_pm_ops {
  141.     int (*prepare)(struct device *dev);
  142.     void (*complete)(struct device *dev);
  143.     int (*suspend)(struct device *dev);
  144.     int (*resume)(struct device *dev);
  145.     int (*freeze)(struct device *dev);
  146.     int (*thaw)(struct device *dev);
  147.     int (*poweroff)(struct device *dev);
  148.     int (*restore)(struct device *dev);
  149.     int (*suspend_late)(struct device *dev);
  150. };
  151.  
  152. struct kset_uevent_ops {
  153.     int (* const filter)(xxxxxxx);
  154.     const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
  155.     int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj, struct kobj_uevent_env *env);
  156. };
  157.  
  158. struct qla_init_msix_entry {
  159.     const char *name;
  160.     irq_handler_t handler;
  161. };
  162.  
  163. struct attribute_group {
  164.     const char        *name;
  165.     umode_t            (*is_visible)(struct kobject *, struct attribute *, int);
  166.     umode_t            (*is_bin_visible)(struct kobject *,struct bin_attribute *, int);
  167.     struct attribute    **attrs;
  168.     struct bin_attribute    **bin_attrs;
  169. };
  170.  
  171. struct bus_attribute {
  172.     struct attribute    attr;
  173.     ssize_t (*show)(struct bus_type *bus, char *buf);
  174.     ssize_t (*store)(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count);
  175. };
  176.  
  177. struct klist {
  178.     spinlock_t        k_lock;
  179.     struct list_head    k_list;
  180.     void            (*get)(struct klist_node *);
  181.     void            (*put)(struct klist_node *);
  182. } ;
  183.  
  184. struct pci_device_id {
  185.     __u32 vendor_device;        /* Vendor and device ID or PCI_ANY_ID*/
  186.     __u32 subvendor_subdevice;    /* Subsystem ID's or PCI_ANY_ID */
  187.     __u32 class_class_mask;    /* (class,subclass,prog-if) triplet */
  188.     kernel_ulong_t driver_data;    /* Data private to the driver */
  189. };
  190.  
  191. struct device {
  192.     struct device        *parent;
  193.  
  194.     struct device_private    *p;
  195.  
  196.     struct kobject kobj;
  197.     const char        *init_name; /* initial name of the device */
  198.     const struct device_type *type;
  199.  
  200.     struct mutex        mutex;    /* mutex to synchronize calls to
  201.                      * its driver.
  202.                      */
  203.  
  204.     struct bus_type    *bus;        /* type of bus device is on */
  205.     struct device_driver *driver;    /* which driver has allocated this
  206.                        device */
  207.     void        *platform_data;    /* Platform specific data, device
  208.                        core doesn't touch it */
  209.     void        *driver_data;    /* Driver data, set and get with
  210.                        dev_set/get_drvdata */
  211.     struct dev_links_info    links;
  212.     const struct attribute_group **groups;    /* optional groups */
  213.     void    (*release)(struct device *dev);
  214.     struct iommu_group    *iommu_group;
  215.     struct iommu_fwspec    *iommu_fwspec;
  216. };
  217.  
  218. struct dev_links_info {
  219.     struct list_head suppliers;
  220.     struct list_head consumers;
  221.     enum dl_dev_state status;
  222. };
  223.  
  224. struct pci_dynids {
  225.     spinlock_t        lock;    /* Protects list, index */
  226.     struct list_head    list;    /* For IDs added at runtime */
  227. };
  228.  
  229. ////////////////////以下结构体名称为全局变量，结构体成员为全局变量的类型，用于绘图时关联全局变量及其类型///////////////////////
  230. struct  qla2xxx_pci_driver {
  231.     struct pci_driver  pci_driver;
  232. };
  233.  
  234. struct   pci_bus_type {
  235.     struct bus_type  bus_type;
  236. };
  237.  
  238. struct  driver_ktype {
  239.     struct kobj_type kobj_type;
  240. };
  241.  
  242. struct  driver_sysfs_ops  {
  243.    struct sysfs_ops sysfs_ops;
  244. };
  245.  struct  qla2xxx_pci_tbl{
  246.      struct pci_device_id pci_device_id;
  247.  };
  248. struct  bus_kset  {
  249.    struct kset kset;
  250. };
  251. struct  bus_uevent_ops  {
  252.    struct kset_uevent_ops kset_uevent_ops;
  253. };

　　以下脚本（analysis_head_file.py）用于分析指定目录下头文件包含关系，使用方法如下:

　　1.在电脑上安装python和graphviz绘图工具（自行搜索，安装方法略）；

　　2.把脚本中的代码路径(G:\git_repository\linux-stable\linux-4.18\drivers\net\wireless\broadcom)替换为需要分析的文件路径(可自行修改脚本，通过参数传入文件路径);

　　3.执行命令 python analysis_head_file.py >tmpfile; dot -Tsvg tmpfile -o xxxx.svg; 其中第一条命令使用python分析数据结构并生成用于绘图的dot语言，第二条命令利用graphviz根据tmpfile中的dot语言描述绘图。图形保存到xxxx.svg文件中;可以使用浏览器打开。

  1. #!/usr/bin/python3
  2. import os,re
  3. prefix = '''digraph spdk {
  4.     graph [
  5.         rankdir = "LR"
  6.         //splines=polyline
  7.         overlap=false
  8.     ];
  9.  
  10.     node [
  11.         fontsize = "16"
  12.         shape = "ellipse"\r
  13.     ];
  14.  
  15.     edge [
  16.     ];
  17. '''
  18.  
  19. def get_head_file_list(path_file):
  20.     head_file_list = []
  21.     with open(path_file, 'r') as file_input:
  22.         tmpline = file_input.readline()
  23.         while (tmpline):
  24.             #to match #include < XXX/YYY.h >
  25.             m = re.search(r'#include\s*[<\"]\s*(.*/)([0-9a-zA-Z_\-]*)\.[Hh]\s*[>\"]', tmpline)
  26.             if m:
  27.                 head_file_list.append(re.sub(r'\-', '_', m.group(2)))
  28.  
  29.             #to match #include < XXX.h >
  30.             elif re.search(r'#include\s*[<\"]\s*([0-9a-zA-Z_\-]*)\.[Hh]\s*[>\"]', tmpline):
  31.                 m = re.search(r'#include\s*[<\"]\s*([0-9a-zA-Z_\-]*)\.[Hh]\s*[>\"]', tmpline)
  32.                 head_file_list.append(re.sub(r'\-', '_', m.group(1)))
  33.             tmpline = file_input.readline()
  34.     return head_file_list
  35.  
  36. def build_node_from_file(file_path, file_name, edges, included_by):
  37.     i = 0
  38.     space4 = '    '
  39.     space8 = space4 + space4
  40.     space12 = space4 + space8
  41.     space16 = space4 + space12
  42.     file_name_wo_h = re.search(r'([0-9a-zA-Z_\-]*)\.h', file_name).group(1)
  43.     file_name_wo_h = re.sub(r'\-', '_',file_name_wo_h)
  44.     #print(file_name_wo_h)
  45.     node_str = space4 + '\"' + file_name_wo_h + '\" [\n' + space8 + 'label = \"<head> '+ file_name_wo_h +'.h\l|\n' + space12 + '{|{\n'
  46.     headfilelist = ["aaa", "bbb"] #fake file list
  47.     headfilelist2 = get_head_file_list(os.path.join(file_path, file_name))
  48.     #print('headfilelist2:')
  49.     #print(headfilelist2)
  50.     for headfile in headfilelist2:
  51.         i += 1
  52.         try:
  53.             included_by[headfile].append(file_name)
  54.         except:
  55.             included_by[headfile] = []
  56.             included_by[headfile].append(file_name)
  57.         node_str = node_str + space16 + '<'+ headfile + '> ' + headfile +  '.h\l|\n'
  58.         tmp_edge_str = space4 + file_name_wo_h + ':' + headfile + ' -> ' + headfile + ':' + 'head' #+ '[color="' + color_arrary[i%len(color_arrary)] + '"]\n'
  59.         try:
  60.             if not tmp_edge_str in edges[headfile]:
  61.                 edges[headfile].append(tmp_edge_str)
  62.         except:
  63.             edges[headfile] = []
  64.             edges[headfile].append(tmp_edge_str)
  65.     node_str = node_str + space12 + '}}\"\n'
  66.     node_str = node_str + space8 + 'shape = \"record\"\n' + space4 + '];\n'
  67.     #print(included_by)
  68.     return {'node_str':node_str,'edges':edges}
  69.  
  70. edges = {}
  71. included_by = {}
  72. node_created = []
  73. middle_str = ''
  74. edge_string = ''
  75. color_arrary = ['red', 'green', 'blue', 'black','blueviolet','brown', 'cadetblue','chocolate','crimson','cyan','darkgrey','deeppink','darkred']
  76.  
  77. for maindir, subdir, file_name_list in os.walk(r'G:\git_repository\linux-stable\linux-4.18\drivers\net\wireless\broadcom'):#('G:\git_repository\linux-stable\linux-4.18\drivers\usb'):
  78.     for tmpfile in file_name_list:
  79.         if re.match(r'.*\.h', tmpfile):
  80.             result = build_node_from_file(maindir, tmpfile, edges, included_by)
  81.             node_created.append(re.search(r'([0-9a-zA-Z_\-]*)\.h', tmpfile).group(1))
  82.             middle_str = middle_str + '\n' + result['node_str']
  83.             edges = result['edges']
  84. ##print(filelist2)
  85. for tmpfile in edges:
  86.     if tmpfile in node_created:
  87.         for i,tmpstr in enumerate(edges[tmpfile]):
  88.             edge_string += tmpstr + '[color="' + color_arrary[i%len(color_arrary)] + '"]\n'
  89. print(prefix + middle_str + '\n' + edge_string + '}')

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