Tại sao phân bổ ban đầu của C ++ lại lớn hơn rất nhiều so với C?

Khi sử dụng cùng một mã, chỉ cần thay đổi trình biên dịch (từ trình biên dịch C sang trình biên dịch C ++) sẽ thay đổi lượng bộ nhớ được cấp phát. Tôi không chắc tại sao lại như vậy và muốn hiểu thêm về nó. Cho đến nay câu trả lời tốt nhất mà tôi nhận được là "có lẽ là các luồng I / O", điều này không mang tính mô tả và khiến tôi tự hỏi về khía cạnh "bạn không trả tiền cho những gì bạn không sử dụng" của C ++.

Tôi đang sử dụng trình biên dịch Clang và GCC, phiên bản 7.0.1-8 và 8.3.0-6 tương ứng. Hệ thống của tôi đang chạy trên Debian 10 (Buster), phiên bản mới nhất. Các điểm chuẩn được thực hiện thông qua Valgrind Massif.

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, world!\n");
    return 0;
}

Mã được sử dụng không thay đổi, nhưng cho dù tôi biên dịch dưới dạng C hay C ++, nó sẽ thay đổi kết quả của điểm chuẩn Valgrind. Tuy nhiên, các giá trị vẫn nhất quán giữa các trình biên dịch. Việc phân bổ thời gian chạy (cao điểm) cho chương trình như sau:

• GCC (C): 1,032 byte (1 KB)
• G ++ (C ++): 73,744 byte, (~ 74 KB)
• Clang (C): 1,032 byte (1 KB)
• Clang ++ (C ++): 73,744 byte (~ 74 KB)

Để biên dịch, tôi sử dụng các lệnh sau:

clang -O3 -o c-clang ./main.c
gcc -O3 -o c-gcc ./main.c

clang++ -O3 -o cpp-clang ./main.cpp
g++ -O3 -o cpp-gcc ./main.cpp

Đối với Valgrind, tôi chạy valgrind --tool=massif --massif-out-file=m_compiler_lang ./compiler-langtrên từng trình biên dịch và ngôn ngữ, sau đó ms_printđể hiển thị các đỉnh.

Tôi đang làm gì đó sai ở đây?

Việc sử dụng heap đến từ thư viện chuẩn C ++. Nó phân bổ bộ nhớ để sử dụng thư viện nội bộ khi khởi động. Nếu bạn không liên kết với nó, sẽ không có sự khác biệt giữa phiên bản C và C ++. Với GCC và Clang, bạn có thể biên dịch tệp với:

g ++ -Wl, - khi cần thiết main.cpp

Điều này sẽ hướng dẫn trình liên kết không liên kết với các thư viện không sử dụng. Trong mã ví dụ của bạn, thư viện C ++ không được sử dụng, vì vậy nó không nên liên kết với thư viện chuẩn C ++.

Bạn cũng có thể kiểm tra điều này bằng tệp C. Nếu bạn biên dịch với:

gcc main.c -lstdc ++

Việc sử dụng heap sẽ xuất hiện trở lại, ngay cả khi bạn đã xây dựng một chương trình C.

Việc sử dụng heap rõ ràng là phụ thuộc vào việc triển khai thư viện C ++ cụ thể mà bạn đang sử dụng. Trong trường hợp của bạn, đó là thư viện GNU C ++, libstdc ++ . Các triển khai khác có thể không cấp phát cùng một lượng bộ nhớ hoặc chúng có thể không cấp phát bất kỳ bộ nhớ nào (ít nhất là không phải khi khởi động.) Thư viện LLVM C ++ ( libc ++ ) chẳng hạn như không phân bổ heap khi khởi động, ít nhất là trên Linux của tôi máy móc:

clang ++ -stdlib = libc ++ main.cpp

Việc sử dụng heap cũng giống như hoàn toàn không liên kết chống lại nó.

(Nếu quá trình biên dịch không thành công, thì libc ++ có thể không được cài đặt. Tên gói thường chứa "libc ++" hoặc "libcxx".)

Cả GCC và Clang đều không phải là trình biên dịch - chúng thực sự là các chương trình điều khiển chuỗi công cụ. Điều đó có nghĩa là họ gọi trình biên dịch, trình hợp dịch và trình liên kết.

Nếu bạn biên dịch mã của mình bằng trình biên dịch C hoặc C ++, bạn sẽ nhận được cùng một hợp ngữ được tạo ra. Assembler sẽ tạo ra các đối tượng giống nhau. Sự khác biệt là trình điều khiển chuỗi công cụ sẽ cung cấp đầu vào khác nhau cho trình liên kết cho hai ngôn ngữ khác nhau: khởi động khác nhau (C ++ yêu cầu mã để thực thi các hàm tạo và trình hủy cho các đối tượng có thời lượng lưu trữ tĩnh hoặc luồng cục bộ ở cấp không gian tên và yêu cầu cơ sở hạ tầng cho ngăn xếp chẳng hạn như các khung để hỗ trợ giải nén trong quá trình xử lý ngoại lệ), thư viện chuẩn C ++ (cũng có các đối tượng có thời lượng lưu trữ tĩnh ở cấp không gian tên) và có thể là các thư viện thời gian chạy bổ sung (ví dụ: libgcc với cơ sở hạ tầng giải nén ngăn xếp).

Tóm lại, nó không phải là trình biên dịch gây ra sự gia tăng dấu ấn, mà là liên kết của những thứ bạn đã chọn sử dụng bằng cách chọn ngôn ngữ C ++.

Đúng là C ++ có triết lý "chỉ trả tiền cho những gì bạn sử dụng", nhưng bằng cách sử dụng ngôn ngữ, bạn phải trả tiền cho nó. Bạn có thể tắt các phần của ngôn ngữ (RTTI, xử lý ngoại lệ) nhưng sau đó bạn không sử dụng C ++ nữa. Như đã đề cập trong một câu trả lời khác, nếu bạn hoàn toàn không sử dụng thư viện tiêu chuẩn, bạn có thể hướng dẫn người lái xe loại bỏ điều đó (--Wl, - khi cần thiết) nhưng nếu bạn không sử dụng bất kỳ tính năng nào của C ++ hoặc thư viện của nó, tại sao bạn lại chọn C ++ làm ngôn ngữ lập trình?