入式实时程序设计中C/C++代码的优化

对於设计嵌入式Linux 系统的研发人员来说，有一个问题是必须要考虑到的，那就是记忆体的空间。

　　我们知道嵌入式Linux 系统所用的记忆体不是软碟、硬碟、ZIP 盘、CD-ROM、DVD 这些众所周知的大容量常规记忆体，它使用的是例如Rom, CompactFlash，M-Systems 的 DiskOnChip，SONY 的MemoryStick，IBM 的MicroDrive 等体积极小,与主板上的BIOS 大小相近，存储容量很小的记忆体。所以怎样尽可能的节省空间就显的很重要。

 

　　嵌入式系统的记忆体中放置的无非是内核，文件系统，软体，以及自己开发的程式。本文就从程式入手，以一个非常简单的C 程式来作例子，通过三步来让它减肥。

　　Hello.c:
　　#include <stdio.h>
　　int main ()
　　{
　　　　printf ("hello,world");
　　　　return 0;
　　}

　　我们先用正常的编译方法来编译，看看生成的程式的大小是多少
　　#gcc -o hello hello.c
　　#ls -l hello

　　-rwxr-xr-x 1 root root 11542 Nov 13 20:07 hello
　　从结果可以看到正常编译後的程式大小是11542Byte

　　现在开始我们的三步减肥，看看到底效果如何。
　　步骤一：用gcc 的代码优化参数

　　代码优化指的是编译器通过分析源代码，找出其中尚未达到最优的部分，然後对其重新进行组合，目的是改善程式的执行性能。GCC 提供的代码优化功能非常强大，它通过编译选项-On 来控制优化代码的生成，其中n 是一个代表优化级别的整数。对於不同版本的GCC 来讲，n 的取值范围及其对应的优化效果可能并不完全相同，比较典型的范围是从0 变化到2 或3。

　　编译时使用选项-O 可以告诉GCC 同时减小代码的长度和执行时间，其效果等价於-O1。在这一级别上能够进行的优化类型虽然取决於目标处理器，但一般都会包括线程跳转（Thread Jump）和延迟退栈（Deferred Stack Pops）两种优化。选项-O2 告诉GCC 除了完成所有-O1 级别的优化之外，同时还要进行一些额外的调整工作，如处理器指令调度等。选项-O3 则除了完成所有-O2 级别的优化之外，还包括回圈展开和其他一些与处理器特性相关的优化工作。通常来说，数位越大优化的等级越高，同时也就意味著程式的运行速度越快。许多 Linux 程式师都喜欢使用-O2 选项，因为它在优化长度、编译时间和代码大小之间，取得了一个比较理想的平衡点。

　　#gcc -O2 -o hello hello.c
　　#ls -l hello
　　-rwxr-xr-x 1 root root 11534 Nov 13 20:09 hello

　　优化过的程式的大小是11534Byte,比正常编译的结果11542Byte 似乎没有小多少，不过不用著急，这才是第一步。我们接著往下进行。
　　步骤二：用strip 命令
　　我们知道二进位的程式中包含了大量的符号资讯(symbol table)，有一部分是用来 gdb 除错提供必要帮助的。可以通过readelf -S 查看到这些符号资讯。
　　#readelf -S hello
　　Section Headers:
　　[Nr] Name Type
　　[ 0] NULL
　　[ 1] .interp PROGBITS
　　[ 2] .note.ABI-tag NOTE
　　[ 3] .hash HASH
　　[ 4] .dynsym DYNSYM
　　[ 5] .dynstr STRTAB
　　[ 6] .gnu.version VERSYM
　　[ 7] .gnu.version_r VERNEED
　　[ 8] .rel.dyn REL
　　[ 9] .rel.plt REL
　　[10] .init PROGBITS
　　[11] .plt PROGBITS
　　[12] .text PROGBITS
　　[13] .fini PROGBITS
　　[14] .rodata PROGBITS
　　[15] .eh_frame PROGBITS
　　[16] .data PROGBITS
　　[17] .dynamic DYNAMIC
　　[18] .ctors PROGBITS
　　[19] .dtors PROGBITS
　　[20] .jcr PROGBITS
　　[21] .got PROGBITS
　　[22] .bss NOBITS
　　[23] .comment PROGBITS
　　[24] .debug_aranges PROGBITS
　　[25] .debug_pubnames PROGBITS
　　[26] .debug_info PROGBITS
　　[27] .debug_abbrev PROGBITS
　　[28] .debug_line PROGBITS
　　[29] .debug_frame PROGBITS
　　[30] .debug_str PROGBITS
　　[31] .shstrtab STRTAB
　　[32] .symtab SYMTAB
　　[33] .strtab STRTAB
　　类似於.debug_xxxx 的就是用来gdb 除错的。去掉它们不但不会影响程式的执行还可以减小程式的size。这里我们通过strip 命令拿掉它们。
　　#strip hello
　　#ls -l hello
　　-rwxr-xr-x 1 root root 2776 Nov 13 20:11 hello
　　程式立刻变成2776Byte 了，效果不错吧。让我们再接再厉,进行最後一步。
 
　　步骤三：用objcopy 命令
　　上一步的strip 命令只能拿掉一般symbol table，有些资讯还是没拿掉，而这些资讯对於程式的最终执行是没有什么影响的。如:.comment; .note.ABI-tag; .gnu.version 就是完全可以去掉的。所以说程式还有简化的余地，我们可以使用objcopy 命令把它们抽取掉。
　　#objcopy -R .comment -R .note.ABI-tag　-R.gnu.version hello hello1
　　#ls -l hello1
　　-rwxr-xr-x 1 root root 2316 Nov 13 20:23 hello1
　　到这一步，程式的减肥就完成了，我们可以看到程式由正常编译的11542Byte 一下子渐少到2316Byte,效果非常明显。

　　小结
　　程式容量的减小无疑对嵌入式Linux 系统的设计有著重要的意义，它使我们节省了大量空间，使得我们可以利用这部分空间来完善我们的系统,比如加大内核等等,毕竟这才是我们最终的目的。