{fmt} küçülüyor: ikili boyut 14k'ye indi ve C++ çalışma zamanı kaldırıldı

{fmt} kütüphanesinde ikili boyut optimizasyonu

• {fmt} kütüphanesine giriş

  • {fmt}, küçük ikili boyutuyla tanınan bir biçimlendirme kütüphanesidir
  • IOStreams, Boost Format, tinyformat vb. ile karşılaştırıldığında, işlev çağrısı başına kod boyutu çok daha küçüktür
  • Şablon yükünü en aza indirmek için type erasure kullanır

• Type erasure ile biçimlendirme

  • format işlevi işi vformat işlevine devreder
  • Çıktı yineleyicisi ve diğer çıktı türleri de özel olarak tasarlanmış buffer API'si üzerinden type erasure ile ele alınır
  • Şablon kullanımını en aza indirerek ikili boyutu ve derleme süresini azaltır

• Örnek kod

  #include <fmt/base.h>
  int main() { fmt::print("The answer is {}.", 42); }
  

  • Yukarıdaki kod, IOStreams kodundan çok daha küçük bir boyutta derlenir
  • printf ile karşılaştırıldığında da boyut benzerdir ve çalışma zamanında tür güvenliği sağlar

• İkili boyut optimizasyonu

  • 2020'de kütüphane boyutunu 100kB'nin altına indirme çalışması yapıldı
  • Güncel sürümün (11.0.2) ikili boyutu 75kB'dir
  • Yerel ayar desteği devre dışı bırakılırsa boyut 71kB'ye düşürülebilir

• Bloaty aracıyla analiz

  • Sayı biçimlendirme, özellikle de kayan noktalı sayı biçimlendirme büyük bir pay kaplar
  • Kayan nokta desteğine ihtiyaç yoksa bu destek devre dışı bırakılabilir

• Türe göre biçimlendirme optimizasyonu

  • FMT_BUILTIN_TYPES makrosu 0 olarak ayarlanarak yalnızca int türü özel olarak işlenir, diğer türler ise genişletme API'si üzerinden işlenir
  • Bu yöntemle ikili boyut 31kB'ye düşürülebilir

• Yerel ayar artefaktlarını kaldırma

  • FMT_USE_LOCALE makrosu kullanılarak yerel ayar artefaktları kaldırılırsa boyut 27kB'ye düşürülebilir

• Hız ile boyut arasındaki trade-off

  • FMT_OPTIMIZE_SIZE makrosu ile boyut optimize edildiğinde ikili boyut 23kB'ye düşürülebilir

• C++ standart kütüphanesi bağımlılığını kaldırma

  • İstisnalar devre dışı bırakılıp -nodefaultlibs seçeneği kullanılarak C++ çalışma zamanı bağımlılığı kaldırılır
  • malloc ve free kullanan özel bir allocator eklenerek ikili boyut 14kB'ye düşürülebilir

• Sonucun doğrulanması

  • ldd komutuyla C++ çalışma zamanı bağımlılığının kaldırıldığı doğrulanır

GN⁺ özeti

• {fmt} küçük ikili boyut ve çalışma zamanında tür güvenliği sunan bir biçimlendirme kütüphanesidir
• Type erasure ve makro ayarlarıyla ikili boyut önemli ölçüde küçültülebilir
• C++ standart kütüphanesi bağımlılığı kaldırılarak gömülü sistemlerde de verimli şekilde kullanılabilir
• Benzer işlevler sunan kütüphaneler arasında IOStreams, Boost Format ve tinyformat bulunur

[GN⁺]

Hacker News yorumu

• {fmt} varsayılan olarak locale'den bağımsızdır
• Kayan nokta biçimlendirme için çok fazla kod gerekir
  • Dragonbox projesi optimize edilmiş koduyla incelenmeye değer
• C++'ın varsayılan allocator'ı malloc ve free kullanmaz
  • libc++'ın varsayılan allocator'ının neden libc'nin malloc ve free çağrılarını kullanmadığı merak ediliyor
• printf("Hello, World!\n") ifadesini 1008 baytlık çalıştırılabilir dosya boyutuyla mümkün kılan bir proje var
  • Doğrudan karşılaştırmak zor ama yine de bakmaya değer
• Boş bir main fonksiyonuna sahip C programının 6kB olduğu bir sistemde {fmt}, ikili dosyaya 10kB'den daha az ekliyor
  • İlginç bir test
• Küçük bir biçimlendirme kütüphanesinin string ve tamsayıları yazdırmak için yaklaşık 50 bayta ihtiyaç duyacağını düşünmüştüm
  • Stringler yaklaşık 4 komuttan oluşuyor
  • Tamsayılar yaklaşık 20 komuttan oluşuyor
  • Kayan nokta birçok programda kullanılmadığından yalnızca gerektiğinde derlenmeli
  • Mikrodenetleyici kod alanı 2 kilobayt ise 14 kilobaytlık bir string biçimlendirme kütüphanesi eklenmez
• Bu tür kalıpların dışına çıkan optimizasyonlar çok keyifli
• "14k" ifadesinin "14kB" anlamına geldiğini fark etmem zaman aldı
• fmt her zaman sorun çıkarıyor
  • Aynı sorun .NET'te de yaşanıyor
  • Sayı biçimlendirme/ayrıştırma ile çok uğraşınca linker çok sayıda kayan nokta ve BigInt ile ilgili kodu dahil ediyor, bu da ikili dosya boyutunu büyütüyor