Microblaze & C++ |为什么在某些条件下代码大小会急剧增加？

问题描述

我使用 C++ 为 Microblaze 处理器开发嵌入式软件已经一年多了。我的设计并没有那么复杂，所以我没有使用该语言强大的、面向对象的特性。

一段时间以来，我一直在努力增强我的设计结构。为此，我尝试广泛使用C++的复杂特性，例如继承、多态等。作为一个新手，我相信仅使用继承不会影响代码大小。只有多态有一些副作用，例如添加虚拟表指针、运行时类型信息等。我的问题始于向基类添加纯虚拟成员函数。

为了提供一个可运行的示例，我将尝试模拟我面临的情况。

以下代码编译并生成13292 字节的代码。这段代码不可能有如此多的指令。但是，我相信在生成 elf 文件时必须包含生成的 BSP 中的某些部分。

class Base{
public:
    Base() = default;
    ~Base() = default;
  
    virtual void func() {}
  
    int m_int;
};

class Derived : public Base{
public:
    Derived() = default;
    ~Derived() = default;
    
    void func() final {}
  
    int m_int2;
};

int main()
{
    Derived d;
  
    while(1);    
}

13KB 当您认为您有将近 128KB 的可用 RAM 时并不算多。实际上，直到纯虚函数的问题出现之前，我什至没有注意到生成的代码的大小。下面的第二个代码具有相同的结构，除了 func() 现在是一个纯虚函数。构建此代码为我们提供了超过可用 *(128KB)* RAM 大小的代码大小。因此，我修改了链接器文件以添加一些假 RAM，以便能够编译代码。编译成功后，生成的代码大小接近157KB！

class Base{
public:
    Base() = default;
    ~Base() = default;
  
    virtual void func() = 0;
  
    int m_int;
};

class Derived : public Base{
public:
    Derived() = default;
    ~Derived() = default;
    
    void func() final {}
  
    int m_int2;
};

int main()
{
    Derived d;
  
    while(1);    
}

我没有更改编译器的任何首选项，所有参数都处于默认状态。除了自动生成的库之外，没有其他库。您认为可能是什么问题？

一些附加说明

我在两个不同的 IDE 上尝试了这些代码。 Vivado SDK 2017.2 和 Vitis 2019.2
动态分配调用（运算符 new 和 delete）也存在同样的问题。用 C 风格的 malloc 和 free 替换它们可以解决问题。
在发布模式下构建代码也解决了这个问题。在发布模式下，无论是否使用纯虚函数，生成的代码都是 1900 字节。

如果需要，我可以提供更多信息，谢谢

我在 Xilinx 论坛上问过同样的问题，你可以找到 here

解决方法

解决方案有点令人毛骨悚然:) 在开始之前，特别感谢所有帮助过的人。

简答

只需将以下代码段添加到您的主文件中：

extern "C" void __cxa_pure_virtual() { while(1); }

如果您还想解决与operator new和operator delete相关的问题，请同时添加以下代码：

void* operator new(const std::size_t size) noexcept
{
    void* p = std::malloc(size);
    return p;
}

void operator delete(void* p) noexcept
{
    std::free(p);
}

详情

原解是here。问题开始于将 libstdc++ 完全排除在外。这样我们就放弃了使用标准库函数的权利，所以我们应该提供我们自己的标准调用实现，例如 malloc、new、free 等。即使你重新实现了所有需要调用时，编译器会抱怨缺少名为 __cxa_pure_virtual() 的函数。这是最终解决方案的线索。

__cxa_pure_virtual 函数是调用纯虚函数时调用的错误处理程序。我们可以很容易地说，我们从来没有做过这种愚蠢的尝试。但是，编译器从不信任任何软件开发人员 :) 因此，当您编写包含纯虚函数的 C++ 代码时，编译器会隐式添加一个错误处理程序来处理潜在的运行时错误。您可以猜到，对于资源有限的系统（例如我们的 Microblaze）而言，这些调用成本很高。

因此，如果我们正在编写具有纯虚函数的 C++ 应用程序，我们将提供我们自己的 __cxa_pure_virtual 错误处理函数。如果您不是一个有竞争力的嵌入式软件开发人员，您应该为您的自定义处理程序函数添加一个无穷无尽的函数。不用担心，只要您遵循语言的最佳实践，您就永远不会有机会调用调用错误处理程序的纯虚函数。

operator new 和 operator delete 的问题还与底层异常机制有关。为了避免昂贵的异常处理机制，您可以以不抛出任何异常的方式重新实现它们。您唯一应该考虑的是在调用 operator new 后检查分配是否成功，因为它不会再产生异常。我相信，只要您从事无操作系统的应用程序项目，您就永远不需要调用 operator delete。

在你自己的代码上应用这个神圣的秘诀后，你会看到可执行文件的大小会回落到原来的状态。

答案是开放的贡献和建议。如果你能这样做，我将不胜感激

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