未使用的C++未优化的静态成员函数/变量

Unused C++ static member functions/variables not optimized out

本文关键字：函数 变量 静态成员 优化 C++ 未使用      更新时间：2023-10-16

我启用了编译器和链接器优化，希望从我的ARM32可执行文件中删除所有未使用的代码/数据。从我的映射文件中，我可以看到未使用的代码部分确实被丢弃了，因此优化标志大部分都有效，除了未使用类的静态成员函数/变量。任何关于如何摆脱这种情况的想法将不胜感激，因为这在资源受限的嵌入式平台上加起来相当多！

这是在 Ubuntu 18.04 上使用 g++ 7.5 编译的 MVCE

#include <string>
#include <iostream>
#include <string.h>
class unusedClass {
public:
unusedClass() {};
~unusedClass() {};
static std::string className;
void initArray(void) {
memset(a, 0, sizeof(a));
}
void printArray(void) {
for (auto& i:a) {
std::cout<< i << std::endl;
}
}
static void printClassName(void) {
std::cout << "This is a static member function of the class "UNUSED CLASS""<< std::endl;
}
private:
int a[1000];
};
std::string unusedClass::className = "unusedClass";
int main() {
std::cout << "Running the Clean-up Dead Code Test" << std::endl;
return 0;
}

使用优化标志进行编译以删除未使用的代码

g++ -Os -flto test.cpp

检查静态成员变量是否已编译到可执行文件中

readelf -a --wide a.out | awk '$4 == "OBJECT" { print }'

29: 0000000000201140    32 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   24 _ZN11unusedClass9classNameB5cxx11E

作为 StoryTeller 指针，_ZN11unusedClass9classNameB5cxx11E不是成员函数，而是成员变量static std::string className。

static成员变量不能仅仅被优化掉，因为它们可以在多个翻译单元中访问。必须编译它们，以便链接器知道何时在不同位置使用相同的静态变量。

使用constexpr

如果不希望函数和变量编译到可执行文件中，则使用constexpr instead of static通常会导致此结果。 在您的示例中，类名在编译时是已知的，因此无论如何使用constexpr将是更惯用的解决方案。

constexpr意味着函数的inline，并暗示变量的"内在性"。由于constexpr变量的值在编译时都是已知的，因此无需将它们存储在编译的二进制文件中。这就是为什么编译器如果不使用，即使在-O0上也会优化它们。 下面是一个工作示例，其中未编译变量：https://godbolt.org/z/bqsuTA

注意：您只能在 constexpr 上下文中使用const char *，而不能在std::string中使用。

编辑：如果您改用static const char*，它也不会被优化出来。只有constexpr才能获得预期的结果：https://godbolt.org/z/DYNk2G

使用匿名namespace

请参阅以下示例：

namespace {
struct unused1 {;
static const int x;
};
}
struct unused2 {;
static const int x;
};
const int unused1::x = 1;
const int unused2::x = 2;

在这两个变量中，.long 2将始终在二进制文件中找到，即使在-O3上也是如此。

unused2::x:
.long   2

将类放入匿名命名空间类似于对函数使用static修饰符，并且不需要编译这些未使用的常量。

警告：如果将此类放入匿名命名空间，则不同的翻译单元将不再使用相同的static变量，而是使用自己的副本！

这真的很奇怪！我简化了您的代码示例并添加了一些变量和函数，以查看观察结果通常是否有效。

UC.H：

#include <string>
extern std::string mymystring1;
extern std::string mymystring2;
extern int mymyx1;
extern int mymyx2;
int mymyf1();
int mymyf

UC.cpp：

#include <string>
std::string mymystring1 ="This is a very simple test what happens if fdata sections did not work!";
std::string mymystring2 ="This variable should be used";
int mymyx1 = 11111; // unused
int mymyx2 = 22222;
int mymyf1() { return 1; } // unused
int mymyf2() { return 2; }

主.cpp：

#include "uc.h"
int main() {
std::cout << mymystring1 << std::endl;
std::cout << mymyx1 << std::endl;
std::cout << mymyf1() << std::endl;
return 0;
}

即使我编译并与 uc.cpp 作为库链接，我也会在我的代码中链接未使用的字符串对象。

63: 00000000004041c0    32 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   24 _Z11mymystring1B5cxx11
78: 00000000004041a0    32 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   24 _Z11mymystring2B5cxx11
90: 0000000000404070     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   23 mymyx1

使用objdump -h uc.o查看 uc.o 文件内部

11 .data.mymyx2  00000004  0000000000000000  0000000000000000  000001d0  2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
12 .data.mymyx1  00000004  0000000000000000  0000000000000000  000001d4  2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
13 .bss._Z11mymystring2B5cxx11 00000020  0000000000000000  0000000000000000  000001e0  2**5
ALLOC
14 .bss._Z11mymystring1B5cxx11 00000020  0000000000000000  0000000000000000  000001e0  2**5
ALLOC

我们看到 mymyx1 和 mymyx2 的数据位于单独的数据部分。字符串数据生成 bss 部分？数据在哪里？

好的，我们来看看：objdump -s go

.rodata部分的内容：

402000 62617369 635f7374 72696e67 3a3a5f4d  basic_string::_M
402010 5f636f6e 73747275 6374206e 756c6c20  _construct null 
402020 6e6f7420 76616c69 64005468 69732069  not valid.This i
402030 73206120 76657279 2073696d 706c6520  s a very simple 
402040 74657374 20776861 74206861 7070656e  test what happen
402050 73206966 20666461 74612073 65637469  s if fdata secti
402060 6f6e7320 64696420 6e6f7420 776f726b  ons did not work
402070 21005468 69732076 61726961 626c6520  !.This variable 
402080 73686f75 6c642062 65207573 656400    should be used.

如果我将第二个字符串移动到另一个文件，它将被删除！

.rodata部分的内容：

402000 54686973 20697320 61207665 72792073  This is a very s
402010 696d706c 65207465 73742077 68617420  imple test what 
402020 68617070 656e7320 69662066 64617461  happens if fdata
402030 20736563 74696f6e 73206469 64206e6f   sections did no
402040 7420776f 726b2100                    t work!.

对我来说，这只是一个编译器/链接器错误！

来自J.舒尔克的回答：

静态成员变量不能仅仅被优化掉，因为它们可以在多个翻译单元中访问。必须编译它们，以便链接器知道何时在不同位置使用相同的静态变量。

它们必须编译，但如果它们从未被访问，则可以在链接阶段删除它们。如上面的代码所示，如果不使用函数和整数变量，则会删除std::string但如果变量与使用的数据位于同一文件中，则不会删除它们。如果我们在单独的文件中移动每个 std：：string 变量并通过静态库链接，它们就会被移出。如果我们有-fdata-sections，但在这里不起作用，这也应该发生！为什么？我不知道。

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