fprintf 的成本答案

【问题标题】：cost of fprintffprintf 的成本
【发布时间】：2011-03-02 09:39:41
【问题描述】：

我正在为一个代码/数据 RAM 有限但文件系统使用无限 RAM 的平台开发一个 C++ 嵌入式应用程序。

在寻找减少代码大小的过程中，我意识到排除 fprintf() 行对生成代码的大小有很大影响。

我的问题是： 1. 为什么fprintf的成本这么高？ 2. 如果我排除了 fprintf 功能，还有什么替代方法来生成描述通过应用程序运行发生的日志文件？

【问题讨论】：

标签： c++ c embedded printf

【解决方案1】：

在嵌入式系统中，printf 有时可以拖入对格式字符串的所有浮点支持，例如%f。

更智能的环境将使printf 的浮点选项成为可选的东西。

但即使对于整数，printf 中也有很多通用代码，您可能会发现编写自己的例程更加紧凑，根据您的特定需求量身定制，例如：

outInt (char *buff, int intVal);
outChr (char *buff, char chVal);
outStr (char *buff, char *strVal);

以此类推，用于写入缓冲区，然后outBuff (char *buff) 用于将其发送到文件或标准输出。

例如，如果您控制正在使用的数据（无字符串溢出、16 位二进制补码整数等），您可以使用以下函数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void outChr (char *buff, char chVal) {
    *buff++ = chVal;
    *buff = '\0';
}

void outStr (char *buff, char *strVal) {
    strcpy (buff, strVal);
}

void outInt (char *buff, int intVal) {
    int divisor = 10000, printing = 0;

    // Special cases.

    if (intVal == -32768) { outStr (buff, "-32768"); return; }
    if (intVal ==      0) { outChr (buff,      '0'); return; }

    // Handle negatives.

    if (intVal < 0) { outChr (buff++, '-'); intVal = -intVal; }

    // Handle non-zero positives <= 32767.

    while (divisor > 0) {
        if ((intVal >= divisor) || printing) {
            outChr (buff++, "0123456789"[intVal/divisor]);
            printing = 1;
        }
        intVal = intVal % divisor;
        divisor /= 10;
    }
}

int main (int argc, char *argv[]) {
    char buff[1000];
    int i;
    for (i = 1; i < argc; i++) {
        outInt (buff, atoi (argv[i]));
        printf ("[%s] -> [%s]\n", argv[i], buff);
    }
    return 0;
}

运行这个：

pax$ tstprg 32767 10000 9999 10 9 1 0 -1 -9 -10 -99 -10000 -32767 -32768

输出：

[32767] -> [32767]
[10000] -> [10000]
[9999] -> [9999]
[10] -> [10]
[9] -> [9]
[1] -> [1]
[0] -> [0]
[-1] -> [-1]
[-9] -> [-9]
[-10] -> [-10]
[-99] -> [-99]
[-10000] -> [-10000]
[-32767] -> [-32767]
[-32768] -> [-32768]

这些函数的大小应该相对较小，因为它们针对的是特定需求，而不是更通用的printf 系列。

【讨论】：

【解决方案2】：

提供完全符合 ANSI 的printf 功能需要合理数量的代码。

一些嵌入式环境提供了几个不同版本的printf，这些版本要小得多，因为它们只提供选定的功能。

例如，IAR C/C++ Compiler for MSP430 (PDF) 提供 Tiny、Small、Large 和 Full 的实现printf 格式化程序，Tiny 版本仅支持基本说明符 (c, d, i, o, p, s, u, X, x, and %)，不支持多字节、浮点数、长度修饰符、宽度和精度。

如果您的环境提供此选择，请选择符合您需求的printf（和scanf）版本并注意限制。

如果您的环境不提供此选择，请查看各种 “tiny” 替代可用的 printf 实现（例如 this one from Kustaa Nyholm of SpareTimeLabs）。

【讨论】：

【解决方案3】：

我能想到三种情况：

每次删除 fprintf 行时，代码大小都会略有下降，而当您删除最后一个 fprint 时，代码大小也会略有下降。
当您删除最后一个 fprint 时，代码大小会显着下降。
每次删除一个 fprint 实例，代码大小都会显着下降。

在场景 1 中，罪魁祸首不是 fprintf，而是您传递给它的字符串文字。您需要从代码中取出这些字符串，方法是使用非常简短的消息，或者将字符串存储在文件中并通过代码中的某种形式的 ID 引用它们（尽管这会导致性能下降）

在场景 2 中，fprintf 是（可能）是罪魁祸首。这是一个相当复杂的函数，能够以各种方式格式化各种数据类型 - 所以它需要相当多的代码空间。当您删除最后一次使用它时，链接器将从最终的二进制文件中删除它，使它们更小。尝试改用 std::ofstream 。如果您只在输出文件中插入（例如）整数和字符串，那么只有处理整数和字符串的代码会被链接。

场景 3 不太可能发生 - 并且可能表明 fprintf 在您使用它的任何地方都被内联。

希望对你有帮助

【讨论】：

【解决方案4】：

第一个问题的答案取决于您使用的编译器；你只能通过检查你的编译器得到一个明确的答案。正如 GrahamS 所指出的，格式化程序的实现可能很复杂。

尝试使用fputs 而不是fprintf 以避免使用格式化程序。

【讨论】：