Warum ist die anfängliche Zuordnung von C++ so viel größer als die von C?

Question 1

Wenn Sie denselben Code verwenden, ändert sich durch einfaches Ändern des Compilers (von einem C-Compiler zu einem C++-Compiler), wie viel Speicher zugewiesen wird. Ich bin mir nicht ganz sicher, warum das so ist und würde es gerne besser verstehen. Bisher ist die beste Antwort, die ich erhalten habe, “wahrscheinlich die E/A-Streams”, was nicht sehr beschreibend ist und mich über den Aspekt “Sie zahlen nicht für das, was Sie nicht verwenden” von C++ wundern lässt.

Ich verwende die Clang- und GCC-Compiler, Versionen 7.0.1-8 bzw. 8.3.0-6. Mein System läuft auf Debian 10 (Buster), spätestens. Die Benchmarks werden über das Valgrind-Massiv durchgeführt.

#include <stdio.h>

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

Der verwendete Code ändert sich nicht, aber ob ich als C oder als C++ kompiliere, es ändert die Ergebnisse des Valgrind-Benchmarks. Die Werte bleiben jedoch über Compiler hinweg konsistent. Die Laufzeitbelegungen (Peak) für das Programm sehen wie folgt aus:

GCC (C): 1.032 Bytes (1 KB)
G++ (C++): 73.744 Bytes, (~74 KB)

Clang (C): 1.032 Bytes (1 KB)
Clang++ (C++): 73.744 Bytes (~74 KB)

Zum Kompilieren verwende ich folgende Befehle:

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

Für Valgrind laufe ich valgrind --tool=massif --massif-out-file=m_compiler_lang ./compiler-lang auf jedem Compiler und Sprache, dann ms_print zur Anzeige der Peaks.

Mache ich hier etwas falsch?

Question 2

Die Heap-Nutzung stammt aus der C++-Standardbibliothek. Es weist beim Start Speicher für die Verwendung der internen Bibliothek zu. Wenn Sie nicht dagegen verlinken, sollte es keinen Unterschied zwischen der C- und der C++-Version geben. Mit GCC und Clang können Sie die Datei kompilieren mit:

g++ -Wl,--as-needed main.cpp

Dadurch wird der Linker angewiesen, nicht mit unbenutzten Bibliotheken zu verknüpfen. In Ihrem Beispielcode wird die C++-Bibliothek nicht verwendet, daher sollte sie nicht mit der C++-Standardbibliothek verknüpft werden.

Sie können dies auch mit der C-Datei testen. Wenn Sie kompilieren mit:

gcc main.c -lstdc++

Die Heap-Nutzung wird wieder angezeigt, obwohl Sie ein C-Programm erstellt haben.

Die Heap-Nutzung hängt offensichtlich von der spezifischen C++-Bibliotheksimplementierung ab, die Sie verwenden. In Ihrem Fall ist das die GNU C++-Bibliothek, libstdc++. Andere Implementierungen weisen möglicherweise nicht die gleiche Speichermenge oder gar keinen Speicher zu (zumindest nicht beim Start). Die LLVM-C++-Bibliothek (libc++) führt zum Beispiel beim Start keine Heap-Zuweisung durch, zumindest nicht auf meinem Linux-Rechner:

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

Die Heap-Nutzung ist dasselbe, als würde man überhaupt nicht dagegen verlinken.

(Wenn die Kompilierung fehlschlägt, ist libc++ wahrscheinlich nicht installiert. Der Paketname enthält normalerweise „libc++“ oder „libcxx“.)

Question 3

Weder GCC noch Clang sind Compiler – sie sind eigentlich Toolchain-Treiberprogramme. Das heißt, sie rufen den Compiler, den Assembler und den Linker auf.

Wenn Sie Ihren Code mit einem C- oder C++-Compiler kompilieren, erhalten Sie dieselbe Assembly. Der Assembler erzeugt die gleichen Objekte. Der Unterschied besteht darin, dass der Toolchain-Treiber dem Linker unterschiedliche Eingaben für die beiden unterschiedlichen Sprachen bereitstellt: unterschiedliche Startups (C++ erfordert Code zum Ausführen von Konstruktoren und Destruktoren für Objekte mit statischer oder Thread-lokaler Speicherdauer auf Namespace-Ebene und erfordert Infrastruktur für Stack Rahmen, um zum Beispiel das Entladen während der Ausnahmeverarbeitung zu unterstützen), die C++-Standardbibliothek (die auch Objekte mit statischer Speicherdauer auf Namespace-Ebene hat) und wahrscheinlich zusätzliche Laufzeitbibliotheken (zum Beispiel libgcc mit seiner Infrastruktur zum Entladen des Stapels).

Kurz gesagt, es ist nicht der Compiler, der die Zunahme des Platzbedarfs verursacht, sondern das Einbinden von Dingen, die Sie verwenden möchten, indem Sie die Sprache C++ auswählen.

Es ist wahr, dass C++ die Philosophie „zahle nur für das, was du verwendest“ verfolgt, aber wenn du die Sprache verwendest, bezahlst du dafür. Sie können Teile der Sprache (RTTI, Ausnahmebehandlung) deaktivieren, aber dann verwenden Sie C++ nicht mehr. Wie in einer anderen Antwort erwähnt, können Sie, wenn Sie die Standardbibliothek überhaupt nicht verwenden, den Treiber anweisen, dies wegzulassen (–Wl,–as-needed), aber wenn Sie keine der Funktionen verwenden werden von C++ oder seiner Bibliothek, warum wählen Sie überhaupt C++ als Programmiersprache?