C++ 运行时是否总是需要 malloc()？

Question

我有一个运行裸机的 C++ 应用程序，我想让它尽可能小。

我没有在任何地方使用动态内存分配。我没有使用 STL 函数。我还用空函数覆盖了所有种类的“删除”和“新建”。尽管如此，当我查看已排序的符号列表时，我发现 malloc() 仍然是我编译的二进制文件中最大的项目之一。如果我能摆脱它，我可以将我的二进制文件缩小大约 25%。

C++ 运行时通常需要 malloc() 来进行幕后类型的工作吗？

（如果重要的话，我正在使用 Xilinx 的 gcc fork for Microblaze 架构）

Answer 1

程序对malloc() 的依赖可以在C 和C++ 中出现，即使程序不直接使用它们。这是编译器和标准库的实现质量问题，而不是标准的要求。

这实际上取决于编译器启动代码（设置事物以便可以调用 main() 的代码）的工作方式以及标准库代码的实现方式。

例如，在 C 和 C++ 中，启动代码（在托管环境中）需要收集有关命令行参数的信息（可能复制到某些分配的缓冲区），连接到标准文件/流（如 std::cout 和 @987654324 @ 在 C++ 中，在 C 中是 `stdout 和 stdin)。任何这些事情都可能涉及动态内存分配（例如，与标准流相关的缓冲区）或执行程序实际不需要的代码。

Answer 2

C++ 有两种实现方式，托管的和独立的。托管实现确实假设存在malloc，并且经常将其用于内部目的。独立实现假设只存在 new 函数，因为它支持 C++ 关键字 new，但很容易确保不会调用此函数。

两者之间的区别在于，在独立实现中，您可以控制程序启动，并且所需的头文件和库集是有限的。通过设置入口点来控制程序的启动。

g++ -ffreestanding -e _entry program.cpp

program.cpp 可能是：

extern "C" int entry()
{
    return 0;
}

extern "C" 是防止 C++ 名称修改所必需的，这可能会导致在链接过程中难以弄清楚 entry 的名称是什么。那么，不要使用new、std::string、流式I/O、STL等，避免使用at_exit。

这应该使您能够控制启动和清理代码，并限制编译器可以隐式依赖的标准库中可用的内容。但是请注意，这可能是一个具有挑战性的环境。您不仅会阻止初始化堆、I/O 流等，还会阻止设置异常、RTTI 和调用静态存储对象构造函数等。您将不得不编写代码或使用库来手动选择您可能想要使用的 C++ 的几个功能。如果你走这条路，你可能想仔细阅读这个 wiki http://wiki.osdev.org/C%2B%2B。您可能希望至少调用全局构造函数，这很容易做到。

说明

标准

C++ 具有“独立实现”的概念，其中可用的标头更少。

3.6.1 主函数[basic.start.main]

1 [snip] 独立环境中的程序是否需要定义 main 函数由实现定义。

17.6.1.3 独立实施 [合规]

1 定义了两种实现：托管和独立 (1.4)。对于托管实现，这 国际标准描述了一组可用的标头。

2 独立实现具有一组实现定义的标头。该集合应至少包括 表 16 中显示的标题。

3 提供的标头 版本应至少声明函数 abort、atexit、at_quick_exit、exit 和 quick_exit (18.5)。 [剪辑]

表16列出ciso646、cstddef、cfloat、limits、climits、cstdint、cstdlib、new、typeinfo、@98765434@2@、@98765434@2 cstdalign、cstdarg、cstdbool、type_traits 和 atomic。

以上大多数标头都包含类型、常量和模板的简单定义。唯一可能看起来有问题的是typeinfo、exception、cstdlib 和new。前两个分别支持 RTTI 和异常，您可以确保通过附加编译器标志禁用它们。 cstdlib 和 new 您可以通过不调用 exit/at_exit 并且不使用 new 表达式来简单地忽略。避免at_exit 的原因是它可能在内部调用new。独立片段中的任何其他内容都不应调用 cstdlib 或 new 中的任何内容。

选项

上面最重要的选项是-e _entry，它可以让您控制程序启动时运行的内容。

-ffreestanding 告诉编译器和标准库（更确切地说，它的独立片段）不要假设整个标准库都存在（即使它仍然存在）。它可以防止生成令人惊讶的代码。请注意，此选项实际上并不限制 您 可以使用哪些标头。例如，您仍然可以使用iostream，但如果您还更改了入口点，这可能不是一个好主意。它的作用是防止支持 freestanding 标头的代码调用 freestanding 标头之外的任何内容，并防止编译器隐式生成任何此类调用。

Answer 3

如果您使用任何STL，例如std::lib 或std::map。甚至std::cout，幕后都会有动态内存分配。

Answer 4

它总是需要malloc。因为必须加载二进制文件以及共享库。