Penyusutan {fmt}: mengecilkan ukuran biner menjadi 14k dan menghapus runtime C++

Optimasi ukuran biner library {fmt}

• Pengenalan library {fmt}

  • {fmt} adalah library formatting yang dikenal memiliki ukuran biner kecil
  • Dibandingkan dengan IOStreams, Boost Format, tinyformat, dan lainnya, ukuran kode per pemanggilan fungsi jauh lebih kecil
  • Beban template diminimalkan melalui type erasure

• Formatting melalui type erasure

  • Fungsi format mendelegasikan pekerjaannya ke fungsi vformat
  • Iterator output dan tipe output lain juga dihapus tipenya melalui API buffer yang dirancang khusus
  • Penggunaan template diminimalkan untuk mengurangi ukuran biner dan waktu build

• Contoh kode

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

  • Kode di atas dikompilasi dengan ukuran yang jauh lebih kecil dibanding kode IOStreams
  • Bahkan dibandingkan dengan printf, ukurannya serupa sambil tetap memberikan type safety saat runtime

• Optimasi ukuran biner

  • Pada 2020, dilakukan pekerjaan untuk menurunkan ukuran library hingga di bawah 100kB
  • Ukuran biner versi terbaru (11.0.2) adalah 75kB
  • Jika dukungan locale dinonaktifkan, ukurannya bisa diturunkan menjadi 71kB

• Analisis menggunakan alat Bloaty

  • Formatting angka, terutama formatting angka floating-point, memakan porsi besar
  • Jika dukungan floating-point tidak dibutuhkan, fitur ini bisa dinonaktifkan

• Optimasi formatting per tipe

  • Setel makro FMT_BUILTIN_TYPES ke 0 agar hanya tipe int yang ditangani secara khusus dan tipe lainnya diproses melalui API ekstensi
  • Dengan cara ini, ukuran biner bisa diturunkan menjadi 31kB

• Menghapus artefak locale

  • Menggunakan makro FMT_USE_LOCALE untuk menghapus artefak locale dapat menurunkan ukuran menjadi 27kB

• Trade-off antara kecepatan dan ukuran

  • Menggunakan makro FMT_OPTIMIZE_SIZE untuk mengoptimalkan ukuran dapat menurunkan ukuran biner menjadi 23kB

• Menghapus dependensi library standar C++

  • Menonaktifkan exception dan menggunakan opsi -nodefaultlibs untuk menghapus dependensi runtime C++
  • Dengan memperkenalkan allocator kustom yang menggunakan malloc dan free, ukuran biner bisa diturunkan menjadi 14kB

• Verifikasi hasil

  • Menggunakan perintah ldd untuk memastikan bahwa dependensi runtime C++ telah dihapus

Ringkasan GN⁺

• Library {fmt} adalah library formatting yang menawarkan ukuran biner kecil dan type safety saat runtime
• Melalui type erasure dan pengaturan makro, ukuran biner dapat dikurangi secara signifikan
• Dengan menghapus dependensi library standar C++, library ini dapat digunakan secara efisien bahkan pada sistem embedded
• Library dengan fungsi serupa antara lain IOStreams, Boost Format, dan tinyformat

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• {fmt} pada dasarnya independen terhadap locale
• Pemformatan bilangan floating-point membutuhkan banyak kode
  • Proyek Dragonbox layak dibaca karena kodenya dioptimalkan
• Alokator default C++ tidak menggunakan malloc dan free
  • Penasaran mengapa alokator default libc++ tidak memanggil malloc dan free milik libc
• Ada proyek yang memungkinkan printf("Hello, World!\n") dengan ukuran file eksekusi 1008 byte
  • Sulit untuk dibandingkan secara langsung, tetapi layak dijadikan referensi
• Pada sistem tempat program C dengan fungsi main kosong berukuran 6 kB, {fmt} menambahkan kurang dari 10 kB ke biner
  • Ini pengujian yang menarik
• Saya sempat berharap pustaka pemformatan kecil hanya memerlukan sekitar 50 byte untuk menampilkan string dan integer
  • String terdiri dari sekitar 4 instruksi
  • Integer terdiri dari sekitar 20 instruksi
  • Floating-point tidak digunakan di banyak program, jadi sebaiknya hanya dikompilasi saat diperlukan
  • Jika ruang kode mikrokontroler hanya 2 kilobyte, Anda tidak akan menyertakan pustaka pemformatan string 14 kilobyte
• Optimalisasi yang keluar dari kerangka pikir seperti ini sangat menyenangkan
• Butuh waktu untuk menyadari bahwa "14k" berarti "14kB"
• fmt selalu menimbulkan masalah
  • Di .NET, masalah yang sama juga terjadi
  • Jika banyak menangani pemformatan/parsing angka, linker akan memasukkan banyak kode terkait floating-point dan BigInt sehingga ukuran biner membesar