Mảng C cố định không thể in không có sự sao chép bộ nhớ

Question

Tôi muốn khai báo một mảng liên tục có thể được truy cập từ nhiều tệp C và nội dung của trình biên dịch có thể được biên dịch, mà không nhân đôi bộ nhớ trong nhiều đơn vị biên dịch. Hiệu suất là rất quan trọng trong ứng dụng của tôi.

Phụ lục 1:

header.h: 
static const int arr[2] = { 1, 2 }; 

file1.c: 
#include "header.h" 
void file1() { printf("%d\n", arr[0]); } 

file2.c: 
#include "header.h" 
int file2() { for (int i = 0; i < 2; i++) printf("%d\n", arr[i]); } 

Trong trường hợp đó, trình biên dịch có thể thay thế arr[0] bởi 1 trong file1. Tuy nhiên, vì arr được khai báo là static const, bộ nhớ của nó được sao chép trong cả hai tệp C. AFAIK tiêu chuẩn C yêu cầu các địa chỉ mảng phải khác nhau trong cả hai tệp. Tôi đã xác minh điều này dưới Linux bằng cách in ra các địa chỉ. Không có sự hợp nhất liên kết xảy ra ngay cả với -fmerge-all-constants trong gcc.

Phụ lục 2:

header.h: 
extern const int arr[2]; 

file1.c: 
#include "header.h" 
void file1() { printf("%d\n", arr[0]); } 

file2.c: 
#include "header.h" 
const int arr[2] = { 1, 2 }; 
int file2() { for (int i = 0; i < 2; i++) printf("%d\n", arr[i]); } 

Trong trường hợp đó, không có sự trùng lặp bộ nhớ xảy ra nhưng arr[0] không inlined.

Tôi xem phạm vi khả năng hiển thị được xác định theo tiêu chuẩn C là thiếu sót. Như vậy, một giải pháp làm việc dưới Linux/gcc vi phạm tiêu chuẩn C là chấp nhận được với tôi.

Answer 1

Một điều bạn có thể thử:

const int arr[2] __attribute__((weak)) = { 1, 2 }; 

Bây giờ mảng vẫn còn tồn tại trong mỗi * đối tượng .o, nhưng khi những đối tượng được liên kết với nhau trong một chương trình, GNU ld sẽ giảm họ chỉ là một đoạn thông thường Dữ liệu.

Nếu bạn chưa có một điều như vậy, bạn có thể muốn trong một số tập tin tiêu đề phổ biến:

#ifndef __GNUC__ 
#define __attribute__(x) 
#endif 

Answer 2

Không có cách nào tiêu chuẩn để đạt được điều đó trong "cổ điển" C (đề cập đến C89/90), thật không may. Trong C89/90 bạn bị giới hạn ở hai phương pháp bạn mô tả, với ưu và khuyết điểm tương ứng của chúng, miễn là bạn nhấn mạnh vào việc sử dụng một mảng.

Trong C99, mọi thứ tốt hơn. Trong C99 bạn có thể sử dụng cái gọi là hợp chất literals, nghĩa là chỉ xác định arr như một macro trong file header

#define arr ((const int []) { 1, 2 }) 

và sau đó hy vọng rằng trình biên dịch sẽ "inline" mảng. Các ký tự hợp chất của các loại const được xử lý giống như chuỗi ký tự: các lần xuất hiện khác nhau của chữ giống nhau trong chương trình có thể được trình biên dịch hợp nhất thành một thể hiện của đối tượng thực (nếu trình biên dịch không trực tiếp).

AFAIK, trình biên dịch GCC hỗ trợ các ký tự hợp chất dưới dạng tiện ích mở rộng ngay cả ở các chế độ không phải C99.

Answer 3

Sử dụng selectanyvariable attribute và cung cấp cho mảng của bạn liên kết bên ngoài (tức là không khai báo static) . Điều này sẽ giữ giá trị mảng trong tiêu đề sao cho nó có thể được inlined đúng và thuộc tính selectany sẽ yêu cầu trình liên kết tự ý chọn một trong các định nghĩa là định nghĩa thực và loại bỏ các định nghĩa khác (vì chúng đều giống nhau , nó sẽ không thành vấn đề).

Ví dụ:

const int arr[] __attribute__((selectany)) = {1, 2}; 

---

EDIT: Đây dường như chỉ hoạt động trên các mục tiêu Windows; thuộc tính weak không hoạt động thay vì thử nghiệm nhanh mà tôi đã thực hiện với GCC của Cygwin, ở chỗ nó tạo ra nhiều bản sao của mảng trong phân đoạn dữ liệu kết quả.

Answer 4

Tôi nghĩ rằng phân tích của bạn có phần sai. Khi bạn in địa chỉ của arr, bạn buộc trình biên dịch giữ hai bản sao. GCC sẽ loại bỏ cả hai bản sao nếu bạn không làm điều này.

Cách tốt hơn để xác định những gì mà trình liên kết có và không loại bỏ là xem các đối tượng thực trong tệp đầu ra. Trong Linux, chương trình nm sẽ cho bạn biết điều này.

Nếu tôi biên dịch mã của bạn (phần trình bày 1) với 'gcc (Ubuntu/Linaro 4.6.1-9ubuntu3) 4.6.1':

gcc -std=c99 -g3 -O6 -fmerge-all-constants file1.c file2.c main.c 

sau đó tôi sử dụng nm -a a.out | grep '\<arr\>' để tìm kiếm nó trong bảng biểu tượng :

$ nm -a a.out|grep '\<arr\>'|wc -l 
0 

trong thực tế, nếu bạn cố gắng để tìm thấy nó trong gdb, bạn tìm thấy gì:

(gdb) b file1 
Breakpoint 1 at 0x400540: file /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/stdio2.h, line 105. 
(gdb) r 
Starting program: a.out 
Breakpoint 1, file1() at file1.c:5 
5 void file1() { printf("%d\n", arr[0]); } 
(gdb) print arr 
$1 = <optimized out> 

Trình biên dịch đã hoàn toàn tối ưu hóa nó.

Nếu tôi thêm printf("%p\n",arr); đến đầu file1() và file2() và biên dịch nó theo cùng một cách, sau đó nm -a a.out|grep '\<arr\>' lợi nhuận hai tài liệu tham khảo để arr:

$ nm -a a.out|grep '\<arr\>'|wc -l 
2 
$ nm -a a.out|grep '\<arr\>' 
00000000004006c8 r arr 
00000000004006d0 r arr