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如何编写优秀的嵌入式应用C++代码
日期:2017-09-12 浏览量:

  在嵌入式软件技术中,C++语言具有较高的编程效率。但是,要实现高效率,还有许多问题需要特别注意。首先,应该正确理解C++的工作原理,逐步利用它的各种强大功能,把专业经验集成到对象中,并使用针对嵌入式应用做过优化的开发工具。不建议使用纯粹的自顶向下的设计策略和深层嵌套继承,并避免为适应工具而放弃语言功能,而使编程的效率降低。

  嵌入式软件技术似乎落后于新的发展形势,这主要是因为嵌入式开发人员根据多年来应付有限资源的经验而养成了谨慎保守的态度。这里所指的有限资源包括:存储器容量非常有限,CPU的功能只是刚好够用。

  对编程语言的选择完全反映了这种实用保守主义态度。数年前,嵌入式开发人员慢慢开始熟悉高级语言,但最终被接受的是C语言。为了促使业界接受, C语言具有很高质量的代码生成和透明调试功能,另一方面,也正是在巨大的压力下C语言才变得更有效率。

  即使相对于C,C++取得了明显的改进,但它在嵌入式系统中的应用仍远未普及。

  造成这种犹豫不决的原因倒不是因为人们固执地拒绝改变,而是很简单,他们还是担心资源问题。存储器可能是大了一些,但你不可能随心所欲地额外增加 500兆字节容量;处理器速度也确实快了很多,但成本和功耗限制决定了它们的功能远远比不上即使是最普通的台式机中的处理器那么强大。

  按这种思路对C++用于嵌入式软件的适当性产生顾虑又是否合理呢?答案是不一定。就像任何工具那样,只有正确合理地使用语言,才能产生良好的结果。

  建议开始逐步使用C++。如果设计师今天还在使用C,那么让他明天就使用C++肯定是一个极大的跨越。然而,由于C++并不是一种面向对象的语言(实际上它是具有某些面向对象特点的一种过程语言),并且基本上是C的一个超集,因此设计师可以逐步发掘C++新增的强大功能。

  理解C++的实际工作原理。查看生成的代码,并试着理解为什么要按它那样的方式做。

  在对象中集成专业经验。嵌入式软件开发小组成员会有各种编程技巧,将这些专业经验集成到一些类(class)里面,从而能让其他团队成员安全地共享这些专业经验。

  使用针对嵌入式应用做过优化的设计工具。虽然许多公司提供嵌入式编程工具,但相对而言,一些工具更能满足嵌入式开发者的实际需求。

  适当应用语言功能。C++并不是专门针对嵌入式应用而开发的语言。某些语言特性,比如过载功能,绝不会消耗任何资源。而其它特性,如异常处理系统 (EHS),则可能需要很大的开销。该功能可以帮助编程人员构建极具鲁棒性的代码。但缺点是为了适应这种功能,工具会在后台悄悄地产生大量的代码。如果这种情况不可避免,那么至少以简单的方式使用EHS将能减少意外发生。

  不建议将嵌入式系统当作PC。如果设计师在对PC进行编程,那么可以认为存储器是无限和随便使用的,并且总是有足够的CPU处理能力。但在编写嵌入式软件时需要更加谨慎。先编一些代码,看看它的长度和执行性能。然后,只有当测试结果位于合理范围内而使设计师满意时,才能继续做下去。

  图1:在嵌入式系统中,存储器一直是珍贵的资源。一个支持智能链接的链接器能利用编译器产生输出来消除重复的存储器区域。

  使用纯粹的至顶向下的实现方法。从高层开始,创建只包括低层功能stub程序的软件应用程序创建是非常吸引人的。然而,这种策略的缺点在于会出现很多令人讨厌的意外问题。设计师可能在编写完代码后发现整个程序太大或太慢,甚至又大又慢。

  使用深层嵌套的继承(inheritance)。面向对象编程方法的优点之一是能够让设计师自己或其它开发人员根据以前创建的其它基础类定义新的类,并且不用完全理解那些基础类的内部工作机理。这就是继承。但这样做的缺点是根据这种方式生成的类的实例化对象可能需要一定的开销。

  编写“聪明的”代码。开发人员可以用C++写出非常聪明简洁的代码。但C++也能让人写出相当晦涩难懂的代码。千万不要是后者。

  仅仅因为工具不能很好地处理而放弃一些语言功能。例如,如果模板实现很差,它们就会产生严重的代码膨胀(code bloat)。如果工具不能很好地处理这种情况,那就改用别的能够帮助提高编程效率的工具。

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