g++：在嵌入式应用程序中使用单例答案

【问题标题】：g++: Using singleton in an embedded applicationg++：在嵌入式应用程序中使用单例
【发布时间】：2014-05-24 00:20:15
【问题描述】：

我正在使用 C++ 中的 GNU ARM 工具链中的 GCC 4.8 为 Cortex M3 开发嵌入式应用程序。该应用程序使用了一些通过函数局部静态变量实例化的单例，例如（真实代码）：

GlobalDataTypeRegistry& GlobalDataTypeRegistry::instance()
{
    static GlobalDataTypeRegistry inst;
    return inst;
}

这是在 C++ 中实现单例的经典方法。问题是，一旦我使用这种实例化，输出代码大小就会爆炸，这显然意味着编译器/链接器添加了一些服务代码以正确初始化/销毁单例对象。

这是允许重现问题的最小示例：

这将编译成 66k 的代码 (-Os)：

struct A
{
    A()  { __asm volatile ("nop"); }
    ~A() { __asm volatile ("nop"); }
};

A& getA()
{
    static A a;
    return a;
}

int main()
{
    (void)getA();
    return 0;
}

这将编译成 9k 的代码 (-Os)：

struct A
{
    A()  { __asm volatile ("nop"); }
    ~A() { __asm volatile ("nop"); }
};

static A a;  // Extracted from the function scope
A& getA()
{
    return a;
}

int main()
{
    (void)getA();
    return 0;
}

如果(void)getA(); 行被完全注释掉，最终的二进制大小将大约为4k。

问题是：除了从函数范围中提取静态变量之外，我还有哪些选项可以避免这个单例的额外 62k 代码？是否有任何选项可以告诉 GCC 在应用程序退出时不需要调用单例的析构函数（因为它永远不会退出）？还有其他优化方法吗？

【问题讨论】：

您可以使用-S 查看汇编程序，以及两个版本之间的不同之处。（有一点不同：在第一个版本中，编译器必须防止来自不同线程的多次调用，以仍然确保对象只初始化一次。但是我无法想象会占用这么多空间。）
在编译器无法使用线程安全原语（互斥锁）的嵌入式系统上，GCC 如何确保线程安全？
我不知道。也许它不支持这样的系统上的多线程。或者它本身也实现了某种机制（这可能会导致大小增加）。

标签： c++ gcc embedded singleton gnu-arm

【解决方案1】：

在g++ 命令中添加-fno-threadsafe-statics 选项，您的代码大小将会减少。

这是我的示例代码：

class X {
private: 
    X() { };

public:
    ~X() { };

    static X* get_instance() {
        static X instance;
        return &instance;
    }

    void show() {
        asm("");
    }
};


int main() {
    X* temp = X::get_instance();
    temp->show();

    while (true) {
        asm("");
    }
}

参考资料：

【讨论】：

【解决方案2】：

您可以在使用std::aligned_storage 实现的缓冲区内创建带有新位置的单例。

【讨论】：