GCC的`__builtin_malloc（）`提供了比普通`malloc（）`更多的改進嗎？

Question

我最近已經知道GCC的一些C庫的內存管理功能的內置函數，特別是__builtin_malloc()和相關的內置函數（請參閱https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Other-Builtins.html）。在瞭解了__builtin_malloc()之後，我想知道它是如何工作的，以提高相關庫程序的普通malloc()的性能。

例如，如果函數成功，它必須提供可以通過爲普通free()呼叫被釋放，因爲指針可以通過啓用編譯時沒有__builtin_malloc()或__builtin_free()模塊被釋放框（或我錯了關於這一點，如果使用__builtin_malloc()，那麼內置函數必須全局使用？）。因此，分配的對象必須是可以用簡單的malloc()和free()所處理的數據結構來管理的東西。

我找不到任何有關__builtin_malloc()如何工作的細節，或者它確實做了什麼（我不是編譯器開發人員，所以通過GCC源代碼進行的探測不在我的指導下）。在一些簡單的測試中，我嘗試直接調用__builtin_malloc()，它只是簡單地以對象malloc()的調用結束。但是，這些簡單測試中可能沒有提供細節或平臺細節。

__builtin_malloc()通過調用plain malloc()可以提供哪些性能改進？ __builtin_malloc()對glibc的malloc()實現使用的相當複雜的數據結構有依賴性嗎？或者相反，glibc的malloc()/free()有一些代碼來處理可能由__builtin_malloc()分配的塊嗎？

基本上，它是如何工作的？

Answer 1

我相信沒有特殊的GCC內部實現__builtin_malloc()。相反，它僅作爲內建使用，因此在某些情況下可以優化它。

藉此例如：

#include <stdlib.h> 
int main(void) 
{ 
    int *p = malloc(4); 
    *p = 7; 
    free(p); 
    return 0; 
} 

如果我們禁用建宏（與-fno-builtins），並期待在所生成的輸出：

$ gcc -fno-builtins -O1 -Wall -Wextra builtin_malloc.c && objdump -d -Mintel a.out 

0000000000400580 <main>: 
    400580: 48 83 ec 08    sub rsp,0x8 
    400584: bf 04 00 00 00   mov edi,0x4 
    400589: e8 f2 fe ff ff   call 400480 <malloc@plt> 
    40058e: c7 00 07 00 00 00  mov DWORD PTR [rax],0x7 
    400594: 48 89 c7    mov rdi,rax 
    400597: e8 b4 fe ff ff   call 400450 <free@plt> 
    40059c: b8 00 00 00 00   mov eax,0x0 
    4005a1: 48 83 c4 08    add rsp,0x8 
    4005a5: c3      ret  

呼叫至malloc/free被髮射，如所預期。

然而，通過允許malloc是一個內置的，

$ gcc -O1 -Wall -Wextra builtin_malloc.c && objdump -d -Mintel a.out 

00000000004004f0 <main>: 
    4004f0: b8 00 00 00 00   mov eax,0x0 
    4004f5: c3      ret  

所有main()被優化掉！

實質上，通過允許malloc成爲內置函數，GCC可以自由地消除從未使用過的調用，因爲沒有附加的副作用。

---

這是相同的機制，允許 「浪費」 呼籲printf被改爲調用puts：

#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
    printf("hello\n"); 
    return 0; 
} 

內建命令禁用：

$ gcc -fno-builtin -O1 -Wall builtin_printf.c && objdump -d -Mintel a.out 

0000000000400530 <main>: 
    400530: 48 83 ec 08    sub rsp,0x8 
    400534: bf e0 05 40 00   mov edi,0x4005e0 
    400539: b8 00 00 00 00   mov eax,0x0 
    40053e: e8 cd fe ff ff   call 400410 <printf@plt> 
    400543: b8 00 00 00 00   mov eax,0x0 
    400548: 48 83 c4 08    add rsp,0x8 
    40054c: c3      ret  

內置命令啓用：

gcc -O1 -Wall builtin_printf.c && objdump -d -Mintel a.out 

0000000000400530 <main>: 
    400530: 48 83 ec 08    sub rsp,0x8 
    400534: bf e0 05 40 00   mov edi,0x4005e0 
    400539: e8 d2 fe ff ff   call 400410 <puts@plt> 
    40053e: b8 00 00 00 00   mov eax,0x0 
    400543: 48 83 c4 08    add rsp,0x8 
    400547: c3      ret