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内存的库（我不关心其他任何事情，比如二进制大小或速度优化）。

我可以使用任何 GCC 标志（或任何其他与 GCC 相关的选项）吗？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分配以及分配多少堆内存（以及后来的free-d）。实际内存消耗取决于您特定的 malloc 实现（例如，许多实现，在调用 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，您可能会设计您的库以使用一些 memory pools 甚至实现您自己的分配器（在操作系统系统调用之上，如mmap，或在malloc 等之上......）
• 局部变量，即调用栈上的call frames。这主要取决于您的代码（但优化编译器，例如 -Os 或 -O2 用于 gcc，在优化时可能会使用更多的寄存器，并且可能会使用更少的堆栈）。您可以将-fstack-usage 传递给gcc 以要求它提供每个调用帧的大小，并且您可以给-Wstack-usage=len 以在调用帧超过len 个字节时收到警告。
• 全局或静态变量。您应该知道它们需要多少内存（并且您可以使用 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）。

还要注意，在一些有限的情况下，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重用）。 （另见this old question）。

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

也许您应该阅读更多关于 Garbage Collection 的信息，因为 GC 技术、概念和术语可能是相关的。见this answer。

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

您也许还可以使用一些code generation options，例如-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你的二进制代码不兼容与你现有的 C（和其他！）库（然后你可能需要重新编译所有使用的库，包括你的 @ 987654334@，具有相同的代码生成标志）。

您可能应该通过compiling and linking with -flto 启用link-time optimizations（在添加其他优化标志，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 定制您的 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。

Answer 2

使用“栈帧”有很多好处，但确实会使用更多的栈空间来保存栈帧指针。

您可以告诉编译器不要使用堆栈帧。这（通常）会略微增加代码大小，但会减少使用的堆栈数量。

您只能使用 char 和 short 作为值而不是 int。

这是一种糟糕的编程习惯，但可以为多种目的重复使用变量和数组。

如果某些变量集在使用上是互斥的，那么可以将它们放在一个联合中。

如果函数参数列表都很​​短，那么编译器可以将所有参数传递到寄存器中。 （拥有大量通用寄存器的架构在这里真的很有帮助。

只使用一个包含所有 malloc 类型操作所需区域的 malloc，以尽量减少分配的内存开销。

有很多技巧。大多数使代码更难调试/维护，并且通常使代码更难人类阅读

Answer 3

如果可能，您可以使用 -m32 选项将您的应用程序编译为 32 位。因此，应用程序将只消耗 64 位系统上一半的内存。

apt-get install libc6-dev-i386
gcc -m32 application.c -o application