c - 如何针对内存使用优化 GCC 编译？

Question

我正在开发一个应该使用尽可能少的内存的库(我不关心其他任何，比如二进制大小或速度优化)。

是否有我可以使用的任何 GCcflags(或任何其他 GCC 相关选项)？我应该避免某种程度的 -O* 优化吗？

Answer 1

您的库 - 或惯用 C 中的任何代码 - 有几种内存使用情况:

• 二进制代码大小，实际上 -Os 应该优化它
• 堆内存，使用C dynamic allocation，即malloc；您显然应该知道如何以及分配多少堆内存(以及后来的 free-d)。实际内存消耗将取决于您的特定 malloc 实现(例如，许多实现，当调用 malloc(25) 时实际上可能消耗 32 个字节)，而不是编译器。顺便说一句，您可以将您的库设计为使用一些 memory pools 甚至实现您自己的分配器(在 mmap 等操作系统系统调用之上，或在 malloc 等之上...)
• 局部变量，即调用堆栈上的 call frames。这主要取决于您的代码(但是优化编译器，例如 -Os 或 -O2 for gcc，可能会使用更多的寄存器，并且可能会使用更多的寄存器优化时堆栈更少)。您可以将 -fstack-usage 传递给 gcc 以要求它提供每个调用帧的大小，并且您可以提供 -Wstack-usage=len 以在调用帧超过 len 字节时发出警告。
• 全局或静态变量。您应该知道它们需要多少内存(您可以使用 nm 或其他一些 binutils 程序来查询它们)。顺便说一句，小心将函数内的某些变量声明为static 会降低堆栈消耗(但您不能对每个变量或每个函数都这样做)。

另请注意，在某些有限情况下，GCC 正在执行 tail calls ，然后堆栈使用率降低(因为调用者的堆栈帧在被调用者中被重用)。 (另请参阅 this old question)。

您还可以要求编译器打包一些特定的 struct-s(注意，这可能会显着降低性能)。您需要使用一些 type attributes，例如 __attribute__((packed)) 等...也许还有一些 variable attributes 等...

也许您应该阅读更多关于 Garbage Collection 的内容，因为 GC 技术、概念和术语可能相关。参见 this answer。

如果在 Linux 上，valgrind 工具也应该有用...(在调试阶段，最近的 GCC 的 -fsanitize=address 选项)。

你也可以使用一些 code generation options，比如 -fstack-reuse= 或 -fshort-enums 或 -fpack-struct 或 -fstack-limit-symbol= 或 -fsplit-stack ; 要非常小心:一些这样的选项会使您的二进制代码不兼容您现有的 C(和其他!)库(然后您可能需要重新编译所有使用的库，包括您的 libc ，具有相同的代码生成标志)。

您可能应该通过 link-time optimizations 启用 compiling and linking with -flto(添加其他优化标志，如 -Os)。

您当然应该使用 最新版本的 GCC。请注意，GCC 5.1 已于几天前(2015 年 4 月)发布。

如果您的库足够大，值得付出努力，您甚至可以考虑使用 MELT 自定义 GCC 编译器(以帮助您了解如何减少内存消耗)。这可能需要数周或数月的工作。