임베디드 C++ 컴파일러 플래그 분석 — -fno-rtti·-fno-exceptions·-Os

#한 줄 요약

“기본 C++ 설정은 데스크톱용입니다.” 임베디드는 예외 끄기, RTTI 끄기, 크기 최적화가 출발점입니다.

#어떤 문제를 푸는가

GCC와 Clang의 기본 C++ 설정은 데스크톱 가정입니다. 동적 할당이 풍부하고, 예외가 자유롭고, RTTI가 켜져 있습니다. 임베디드에서는 이 기본을 거의 모두 끄거나 바꿉니다.

문제는 어떤 플래그를 어떤 순서로 켜야 하는지 명확하지 않다는 점입니다. 잘못된 조합은 링크 실패를 만들고, 옳은 조합은 수십 KB의 코드를 사라지게 합니다.

이 글은 임베디드 C++ 프로젝트의 표준 플래그 셋과 각 플래그가 실제로 무엇을 하는지 정리합니다.

#임베디드 표준 플래그 셋

대부분의 임베디드 C++ 프로젝트가 시작점으로 쓸 만한 조합입니다.

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# 언어 표준
2
CXXFLAGS += -std=c++17
3

4
# 임베디드 핵심
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CXXFLAGS += -fno-exceptions
6
CXXFLAGS += -fno-rtti
7
CXXFLAGS += -fno-threadsafe-statics
8
CXXFLAGS += -fno-use-cxa-atexit
9

10
# 최적화
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CXXFLAGS += -Os
12
CXXFLAGS += -flto
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CXXFLAGS += -ffunction-sections
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CXXFLAGS += -fdata-sections
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# 링커
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LDFLAGS  += -Wl,--gc-sections
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# 경고
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CXXFLAGS += -Wall -Wextra -Wpedantic
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CXXFLAGS += -Wnon-virtual-dtor
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CXXFLAGS += -Wold-style-cast
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# 디버그 정보 (release에도 유지)
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CXXFLAGS += -g3 -gdwarf-4
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# ARM 특화 (예시)
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CXXFLAGS += -mcpu=cortex-m4 -mthumb -mfloat-abi=hard -mfpu=fpv4-sp-d16

각 플래그가 무엇을 하는지 하나씩 살펴봅니다.

#언어 표준 — -std=c++17

C++ 표준을 명시합니다. 표준에 따라 사용 가능한 기능과 표준 라이브러리가 달라집니다.

ARM Compiler 6(armclang)은 C++17을 완전히 지원합니다. legacy ARM Compiler 5는 C++03만 지원하므로 새 프로젝트에서는 피합니다.

자세한 표준 선택 기준은 Part 1-08에서 다룹니다.

#-fno-exceptions — 예외 처리 끄기

C++ 예외는 런타임 unwind table과 handler를 함께 데려옵니다.

1
// 예외 켜짐: 이 함수가 unwind table을 추가
2
int divide(int a, int b) {
3
    if (b == 0) throw std::runtime_error("div by zero");
4
    return a / b;
5
}

-fno-exceptions 효과:

• throw 문이 컴파일 에러가 됩니다
• 표준 라이브러리의 예외 던지는 함수가 abort() 또는 undefined behavior로 동작합니다
• unwind table이 제거되어 보통 5-20KB가 감소합니다
• noexcept 명시 함수의 코드가 더 단순해집니다

1
# 같은 함수, 예외 켜짐 vs 꺼짐 (ARM Cortex-M4, -Os)
2

3
# -fexceptions: 312 B (함수 본문 + unwind 정보)
4
# -fno-exceptions: 32 B

대안으로는 std::optional, std::expected(C++23), error code 반환이 있습니다. 자세한 내용은 Part 3-05에서 다룹니다.

#주의 — STL 함수가 던지는 예외

std::vector::at()은 예외를 던집니다. -fno-exceptions에서 호출하면 컴파일 에러나 abort로 이어집니다. operator[]를 쓰거나 직접 검사합니다.

1
// Bad with -fno-exceptions
2
int x = vec.at(idx);   // throws if out of range
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4
// Good
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if (idx < vec.size()) {
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    int x = vec[idx];
7
}

#-fno-rtti — RTTI 끄기

Run-Time Type Information을 끕니다. typeid와 dynamic_cast가 무력화됩니다.

1
// RTTI 켜짐: type info 테이블 생성
2
class Base { virtual ~Base() = default; };
3
class Derived : public Base {};
4

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Base* b = new Derived;
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if (auto* d = dynamic_cast<Derived*>(b)) {
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    // ...
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}

-fno-rtti 효과:

• type info 테이블이 제거되어 1-5KB가 감소합니다
• dynamic_cast, typeid가 컴파일 에러가 됩니다
• std::any, std::function도 일부 제한됩니다

대안은 다음과 같습니다.

• enum 기반 type tag로 직접 분기합니다
• std::variant + std::visit로 closed type set을 다룹니다
• CRTP로 컴파일 타임 다형성을 구현합니다

자세한 대안은 Part 3-08에서 다룹니다.

#-fno-threadsafe-statics — Magic static 끄기

C++11부터 함수 내 static 변수의 초기화는 thread-safe입니다. GCC는 이를 위해 추가 lock과 initialization guard를 삽입합니다.

1
int& get_counter() {
2
    static int counter = 0;   // C++11: thread-safe 초기화
3
    return counter;
4
}

-fno-threadsafe-statics 효과:

• guard 코드가 제거되어 함수당 수십 바이트가 절약됩니다
• bare-metal이거나 initialization을 한 thread에서만 한다고 보장되면 안전합니다
• 다중 thread에서 동시에 init하면 race가 발생합니다

bare-metal과 single-core RTOS는 거의 항상 안전하게 끌 수 있습니다. 다중 core나 다중 task에서 동시 init하는 경우만 주의합니다.

#-fno-use-cxa-atexit — atexit 등록 끄기

C++ 표준은 static 객체의 소멸자를 atexit로 등록합니다. 임베디드에서 프로그램이 영원히 돌면 소멸자는 호출되지 않습니다. 등록 코드만 공간을 낭비할 뿐입니다.

1
struct Logger {
2
    ~Logger() { /* never called in embedded */ }
3
};
4
Logger global_logger;

-fno-use-cxa-atexit 효과:

• __cxa_atexit 호출이 제거됩니다
• 수십에서 수백 바이트가 절약됩니다
• RTOS 환경에서도 거의 항상 안전합니다

#-Os vs -O2 vs -O3

-Os가 임베디드의 기본입니다. 같은 코드, 같은 컴파일러로 측정한 결과는 다음과 같습니다.

1
# 한 임베디드 프로젝트 (STM32F4)
2
-O0  : 152 KB
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-O1  : 84 KB
4
-O2  : 76 KB
5
-Os  : 68 KB    ← 임베디드 기본
6
-O3  : 92 KB    ← 인라인 폭증

핫 패스만 -O2 또는 -O3 함수 attribute로 분리하는 기법도 흔합니다.

1
__attribute__((optimize("O3")))
2
void hot_loop() { /* */ }

#-flto — Link Time Optimization

링크 시점에 전체 프로그램을 보고 최적화합니다.

효과는 다음과 같습니다.

• inter-procedural 인라인이 가능합니다(다른 .o 파일의 함수도 인라인)
• 사용되지 않는 함수가 제거됩니다
• 코드 크기가 일반적으로 5-15% 감소합니다

비용은 다음과 같습니다.

• 컴파일 시간이 길어집니다
• 디버깅이 어려워집니다(인라인 폭증으로 변수 추적이 까다로워집니다)
• 일부 링커 스크립트와 충돌해 섹션 배치가 어려워질 수 있습니다

release 빌드에만 활성화하고 개발 빌드에서는 끕니다.

#-ffunction-sections + -fdata-sections + -Wl,--gc-sections

함수와 데이터를 각자 별도 섹션에 두고, 링커가 사용하지 않는 섹션을 제거합니다.

1
# 없으면: main만 쓰는데도 라이브러리 전체 링크
2
.text: foo, bar, baz, qux, ...
3

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# 있으면: 사용한 것만
5
.text.foo, .text.bar, ...
6
→ linker가 .text.bar만 남김

드라이버 코드의 30-60%를 잘라낼 수 있습니다. 거의 항상 켜는 편이 이득입니다.

#경고 플래그 — 임베디드에서 더 엄격

C++ 임베디드에서는 모든 경고를 error로 다룹니다. 한 줄의 실수가 런타임 충돌로 이어지기 쉽습니다.

1
CXXFLAGS += -Wall              # 기본 경고
2
CXXFLAGS += -Wextra            # 추가 경고
3
CXXFLAGS += -Wpedantic         # 표준 엄격
4
CXXFLAGS += -Wnon-virtual-dtor # base에 virtual dtor 없음
5
CXXFLAGS += -Wold-style-cast   # C style cast 금지
6
CXXFLAGS += -Woverloaded-virtual # virtual function 가리기
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CXXFLAGS += -Wcast-align       # 정렬 위반 캐스트
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CXXFLAGS += -Wconversion       # 암시적 type 변환
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CXXFLAGS += -Wsign-conversion  # signed/unsigned 변환
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CXXFLAGS += -Wnull-dereference # null deref 가능
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CXXFLAGS += -Wdouble-promotion # float → double 암시
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CXXFLAGS += -Wformat=2         # printf 포맷 엄격
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CXXFLAGS += -Werror            # 경고 = 에러

특히 임베디드에서 중요한 항목은 다음과 같습니다.

• -Wdouble-promotion: float promotion이 FPU 없는 MCU에서 softfloat 호출을 부르기 때문에 성능이 폭락합니다
• -Wcast-align: ARM에서 unaligned access는 bus fault로 이어집니다
• -Wnon-virtual-dtor: 메모리 누수의 단골 원인입니다

#디버그 정보 — -g3 -gdwarf-4

release 빌드에도 디버그 정보를 유지합니다. ELF 파일에는 들어가지만 Flash에는 들어가지 않습니다(링커가 .debug_* 섹션을 제외합니다).

1
# 같은 빌드, 디버그 정보 유무
2
program.elf       : 142 KB (with debug)
3
program.bin       : 64 KB  (Flash 들어가는 부분)

장점은 다음과 같습니다.

• crash dump에서 stack trace가 가능합니다
• gdb로 attach해 분석할 수 있습니다
• static analyzer에 도움이 됩니다

#ARM 특화 플래그

ARM Cortex-M/A 계열은 명시가 필수입니다.

1
# Cortex-M4F (STM32F4, NXP K64)
2
CXXFLAGS += -mcpu=cortex-m4
3
CXXFLAGS += -mthumb
4
CXXFLAGS += -mfloat-abi=hard
5
CXXFLAGS += -mfpu=fpv4-sp-d16
6

7
# Cortex-M7 (STM32F7/H7)
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CXXFLAGS += -mcpu=cortex-m7
9
CXXFLAGS += -mthumb
10
CXXFLAGS += -mfloat-abi=hard
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CXXFLAGS += -mfpu=fpv5-sp-d16  # 또는 fpv5-d16
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# Cortex-M0/M0+ (STM32F0, low-power)
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CXXFLAGS += -mcpu=cortex-m0plus
15
CXXFLAGS += -mthumb
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# FPU 없음 — mfloat-abi=soft (기본)

-mfloat-abi=hard vs soft 차이는 다음과 같습니다.

• hard: FPU 레지스터로 인자를 전달하며 빠릅니다
• soft: 모두 정수 레지스터를 쓰며 호환성을 우선합니다
• softfp: 인자는 정수 레지스터로 전달하고 내부에서 FPU를 씁니다(혼합)

ABI를 라이브러리와 맞춰야 링크가 가능합니다.

#디버그 vs Release 분리

권장 패턴:

1
# Debug
2
CXXFLAGS_DEBUG := -O0 -g3 -DDEBUG=1
3
CXXFLAGS_DEBUG += -fstack-protector-strong
4

5
# Release
6
CXXFLAGS_RELEASE := -Os -g3 -flto -DNDEBUG=1
7
CXXFLAGS_RELEASE += -ffunction-sections -fdata-sections
8

9
# 공통
10
CXXFLAGS_COMMON := -std=c++17
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CXXFLAGS_COMMON += -fno-exceptions -fno-rtti
12
CXXFLAGS_COMMON += -Wall -Wextra -Werror
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14
ifeq ($(BUILD),debug)
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  CXXFLAGS := $(CXXFLAGS_COMMON) $(CXXFLAGS_DEBUG)
16
else
17
  CXXFLAGS := $(CXXFLAGS_COMMON) $(CXXFLAGS_RELEASE)
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endif

assertion은 debug에서만 활성화하는 게 일반적입니다.

#자주 보는 함정과 안티패턴

#1. -fno-exceptions 늦게 적용

수만 줄 작성 후 끄면 표준 라이브러리 호출이 대거 컴파일 실패합니다. 처음부터 켭니다.

#2. -O3를 임베디드 기본으로 사용

인라인 폭증으로 코드 크기가 늘어납니다. -Os를 적용한 뒤 측정 결과를 보고 핫 패스만 -O3로 올립니다.

#3. -flto 없이 -ffunction-sections 만 사용

--gc-sections로 함수 제거는 되지만 cross-file 인라인은 되지 않습니다. 보통 함께 씁니다.

#4. 디버그 빌드에 -flto

LTO는 디버깅 의미를 흐립니다. release에만 적용합니다.

#5. ARM 플래그 불일치

컴파일러와 라이브러리(newlib, libstdc++)의 ARM 플래그가 다르면 링크 실패가 납니다. 모두 통일합니다.

#6. -Werror를 나중에 켜기

경고가 쌓인 후 켜면 수백 개의 에러가 한꺼번에 쏟아집니다. 처음부터 켭니다.

#Clang 추가 옵션

Clang(armclang 포함)은 GCC와 거의 호환되지만 다음과 같은 추가 옵션이 있습니다.

1
# Clang 추가
2
CXXFLAGS += -Oz                     # GCC -Os보다 공격적
3
CXXFLAGS += -fno-c++-static-destructors  # 명시적 ~atexit 끔
4
CXXFLAGS += -fno-asynchronous-unwind-tables

-fno-asynchronous-unwind-tables는 예외 unwind 테이블까지 모두 제거합니다. 추가로 1-3KB가 절약됩니다.

#측정 — 플래그 효과 누적

빈 main 함수에 플래그를 하나씩 추가하면서 크기를 측정합니다(STM32F4, GCC 13).

1
default                                    : 24 KB
2
+ -Os                                      : 12 KB
3
+ -fno-exceptions                          : 8 KB
4
+ -fno-rtti                                : 7.5 KB
5
+ -fno-threadsafe-statics                  : 7.4 KB
6
+ -ffunction-sections + --gc-sections      : 6 KB
7
+ -flto                                    : 5.6 KB
8
+ -fno-use-cxa-atexit                      : 5.5 KB

80%가 감소합니다. 빈 함수 하나만으로도 기본 설정과 임베디드 설정의 차이가 거대합니다.

#정리

• 임베디드 C++ 표준 플래그는 예외/RTTI/threadsafe-statics 끄기와 크기 최적화, LTO, gc-sections의 조합입니다.
• 각 플래그는 측정 가능한 효과를 갖고, 끄기만 해도 5-10배 크기 감소가 가능합니다.
• 경고는 처음부터 모두 켜고 Werror로 다룹니다. 나중에 끄는 편이 추가하는 것보다 쉽습니다.
• 디버그와 release를 분리해 release에는 LTO를, debug에는 -O0 -g3를 적용합니다.
• ARM 특화 플래그는 반드시 지정해 CPU, FPU, ABI를 일치시킵니다.

#관련 항목

• Part 1-01: C++ vs C — 왜 이 플래그가 필요한가
• Part 1-04: 코드 크기 분석 — 플래그 효과를 측정하는 도구
• Part 3-05: No-Exception 설계 — -fno-exceptions 환경의 패턴
• Part 3-08: No-RTTI 설계 — -fno-rtti 환경의 패턴

#다음 글

Part 1-03: 런타임 요구사항 — C++ 코드가 실행되기 위해 어떤 런타임 지원이 필요한지 다룹니다. libstdc++, newlib, libgcc의 역할이 핵심입니다.