为什么 gcc 为 memcpy 复制 rodata 字符串？如何避免？

Question

出于某种原因，GCC 将 const char 字符串的内容复制到单独的rodata 区域，我不明白。 我编译提供的代码：

static const char pattern[] = "[SOME TEST PATTERN TO CALCULATE SUM FROM] ";

static char tmpbuf[sizeof(pattern) + 1];

uint16_t sum(char *buf, int size)
{
    uint16_t ret = 0;

    for(int i = 0; i < size; ++i)
        ret += buf[i];

    return ret;
}

void getPattern(char **retbuf)
{
    memcpy(tmpbuf, pattern, sizeof(tmpbuf) -1);
    *retbuf = tmpbuf;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    getPattern(&argv[0]);

    return sum((char *)pattern, sizeof(pattern) - 2) > 0;
}

void _exit(int status)
{
    while(1)
    {
        asm("nop");
    }
}

使用arm gcc编译器，使用命令：

arm-none-eabi-gcc -Os dbstr.c -o dbstr -Wl,-Map,"dbstr.map" -fdata-sections

在生成的二进制文件中，即使它被剥离，我也会找到字符串：

"[SOME TEST PATTERN TO CALCULATE SUM FROM] "

重复。

查看符号图，我发现：

.rodata.pattern
                0x000087d8       0x2b ... ccumYoyx.o
.rodata.str1.1
                0x00008803       0x2b ... ccumYoyx.o
and
.bss.tmpbuf    0x00018ca0       0x2c ... ccumYoyx.o

符号“模式”是原始数组 符号“str1”是重复的 并且符号“tmpbuf”是目标缓冲区，我想将“pattern”复制到其中。

查看生成的程序集，我发现 memcpy 使用了编译器创建的副本：

getPattern:
    @ Function supports interworking.
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 0
    @ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
->  ldr r3, .L6
    push    {r4, lr}
    mov r2, #43
    mov r4, r0
    ldr r1, .L6+4
    mov r0, r3
    bl  memcpy
...

.L6:
    .word   .LANCHOR0
->  .word   .LC0
...
pattern:
    .ascii  "[SOME TEST PATTERN TO CALCULATE SUM FROM] \000"
    .section    .rodata.str1.1,"aMS",%progbits,1
.LC0: /*duplicate string*/
    .ascii  "[SOME TEST PATTERN TO CALCULATE SUM FROM] \000"
    .ident  "GCC: (GNU Tools for Arm Embedded Processors 8-2018-q4-major) 8.2.1 20181213 (release) [gcc-8-branch revision 267074]"

我检查了从 6-2017-q1-update 到 8-2018-q4-major 的 arm-none-eabi-gcc 版本是否会发生这种情况（developer.arm.com 上提供的最新版本）。

我也尝试过使用各种优化。仅在使用 -O0 时不会发生重复。对其他人来说确实如此。

在更大的应用程序中，发生了这个问题，结果证明 memcpy 复制了重复的字符串而不是原始字符串 - 它是通过替换二进制中的原始字符串来确定的。我需要 memcpy 才能使用原始字符串。

Answer 1

您观察到的行为由标准明确指定。在

static const char pattern[] = "[SOME TEST PATTERN TO CALCULATE SUM FROM] ";

你有一个变量模式的声明和一个字符串文字形式的初始化器。标准的Paragraph 6.4.5/6 规定

在翻译阶段 7 中，将一个字节或零值代码附加到 由字符串文字产生的每个多字节字符序列 或文字。 然后使用多字节字符序列 初始化一个静态存储持续时间的数组和长度只是 足以包含序列。

（强调。）结果数组具有静态存储持续时间意味着，至少在原则上，必须在程序中为其保留内存。这就是您以str1.1 的形式看到的内容。但是您还使用该字符串来初始化一个数组，以便该数组获得相同的字符序列，并且这也占用了二进制文件中的内存，因为它也具有静态存储持续时间作为在文件范围内声明的结果。

原则上，GCC 应该能够优化掉多余的数组。特别是，选项-fmerge-constants 应该这样做，但是这包含在除-O0 之外的所有优化级别中，因此您没有看到这样的合并令人惊讶，但合并可能会在链接时执行，这样您所看到的是在链接之前查看目标文件的无意义的工件。

您还应该能够通过将pattern 声明为指针而不是数组来避免复制：

static const char * const pattern = "[SOME TEST PATTERN TO CALCULATE SUM FROM] ";

但是请注意，虽然结果可以以许多与数组版本相同的方式使用，但它在语义上并不相同。如果将sizeof、*、& 或_Alignof 运算符应用于pattern，您将看到差异。

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更新：

另一个更丑陋的解决方法是完全避免使用字符串文字，如下所示：

static const char pattern[] = {
        '[', 'S', 'O', 'M', 'E', ' ', 'T', 'E', 'S', 'T', ' ', 'P', 'A', 'T',
        'T', 'E', 'R', 'N', ' ', 'T', 'O', ' ', 'C', 'A', 'L', 'C', 'U', 'L',
        'A', 'T', 'E', ' ', 'S', 'U', 'M', ' ', 'F', 'R', 'O', 'M', ']', ' ', '\0' };

这让您将pattern 作为一个数组，而不是一个指针，也没有单独的字符串数组。它很难看，也更难维护，但从字符串文字形式转换为它并不难——我花了大约 30 秒来完成那个。但是，如果您这样做，请不要忘记添加显式字符串终止符，如上所述。