GCC x86, как уменьшить размер кода

      Времена, когда программисты пытались выжать максимум из размера своего приложения, безвозвратно ушли. Основной причиной является существенное увеличение объемов оперативной памяти и дискового простраства на современных компьютерах. Немногие помнят, как при загрузке приложения с кассеты можно было пойти покушать. Или как можно было считать моргания дисковода, косвенно определяя размер приложения. Пожалуй, только разработчики програмного обеспечения под встраиваемые системы до сих пор заботятся о размере кода и потребляемой памяти. Могут ли таблетки и смартфоны вернуть разработчиков «назад в будущее»?
      Данная статья призвана помочь разработчикам програмного обеспечения, испульзующим GCC компилятор, уменьшить размер кода своих приложений. Все данные в статье получены при помощи x86 GCC компилятора версии 4.7.2 на операционной система Fedora 17 для архитектуры Intel® Atom™.

      Довольно существенный выигрыш с точки зрения размера GCC дает динамическая линковка (включенная по умолчанию). То, насколько динамическая линковка выигрывает у стаитической, сильно зависит от используемых библиотек.
      Чаще всего, когда речь заходит об оптимизации размера, используется опция “-Os”. Ниже приведена табличка со средними геометрическими размера кода по набору приложений для смартфонов и таблеток.
      Результаты в табличке показаны относительно “-Os”. Меньший результат говорит о меньшем размере кода. “-m32, -mfpmath=sse, -march=atom” включены по-умолчанию во всех случаях.

-O2	6%
-O2 -flto	-5%
-Ofast	11,5%
-Ofast -flto	3%
-Ofast -funroll-loops	19%
-Ofast -funroll-loops -flto	10,5%

      “-Ofast” (или “-O3”) и “-funroll-loops”, очевидно, увеличивают размер кода. Опция “-flto”, за счет более агрессивной подстановки функций (inline), также должна увеличивать размер кода. Однако, результат противоположный. Почему?
      “-flto” делает возможным удаление неиспользуемых функций. Функция может стать таковой, если в конкретной конфигурации приложения она не вызывается или была полностью и во всех местах вызова подставлена в код. Для того, чтобы удалить неиспользуемые функции без “-flto” можно воспользоваться “-ffunction-sections -Wl,—gc-sections”. Данная техника дает хороший результат, если в приложении используются внутренние статические библиотеки.
      Приложение все еще слишком большое? Есть еще несколько техник для уменьшения размера. По умолчанию GCC использует опцию “-fasynchronous-unwind-tables”, что увеличивает размер EH (exception handling) секции, даже при компиляции приложений на языке “C”. Это облегчает процесс отладки, однако может существенно увеличить размер кода. Для отключения надо добавить “-fno-asynchronous-unwind-tables” к опциям компиляции.
      “-Wl,—strip-all” сообщит линкеру, что надо удалить всю символьную информацию. Это сделает процесс отладки еще сложнее. И все же, если размер кода критичен, опция приемлема.
      Ниже приведена табличка отражающая эффект от добавления:

• “-ffunction-sections -Wl,—gc-sections” (+ сборщик мусора)
• “-ffunction-sections -Wl,—gc-sections -fno-asynchronous-unwind-tables” (+ без таблиц раскрутки)
• “-ffunction-sections -Wl,—gc-sections -fno-asynchronous-unwind-tables -Wl,—strip-all” (+ удаление символов)

      к различным опциям оптимизации.

      Результаты в табличке показаны относительно “-Os”. Меньший результат говорит о меньшем размере кода. “-m32, -mfpmath=sse, -march=atom” включены по-умолчанию во всех случаях.

	по умолчанию	+ сборщик мусора	+ без таблиц раскрутки	+ удаление символов
-Os	—	-5%	-10,5%	-22,5%
-O2	6%	0,5%	-3,5%	-13,5%
-O2 -flto	-5%	-5%	-8%	-17%
-Ofast	11,5%	6%	2%	—6,5%
-Ofast -flto	3%	2,5%	0,5%	-6,5%
-Ofast -funroll-loops	19%	12,5%	9,5%	3%
-Ofast -funroll-loops -flto	10,5%	10%	8,5%	2,5%

      Ниже представлено описание используемых в статье опций компилятора. Полное описание (на английском): gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.7.2/gcc/Optimize-Options.html

• "-Ofast" аналогично "-O3 -ffast-math" включает более высокий уровень оптимизаций и более агрессивные оптимизации для арифметических вычислений (например, вещественную реассоциацию)
• "-flto" межмодульные оптимизации
• "-m32" 32 битный режим
• "-mfpmath=sse" включает использование XMM регистров в вещественной арифметике (вместо вещественного стека в x87 режиме)
• "-funroll-loops" включает развертывание циклов
• "-ffunction-sections" размещает каждую функцию в отдельной секции
• "-Os" оптимизирует производительность и размер
• "-fno-asynchronous-unwind-tables" гарантирует точность таблиц раскрутки только в пределах функции

      Ниже представлено описание используемых в статье опций линковщика. Полное описание (на английском): sourceware.org/binutils/docs/ld/Options.html

• “—gc-sections” включает удаление неиспользуемых секций
• “—strip-all” удаляет символьную информацию