如何為嵌入式應(yīng)用編寫優(yōu)秀的C++代碼

在嵌入式軟件技術(shù)中，C++語(yǔ)言具有較高的編程效率。但是，要實(shí)現(xiàn)高效率，還有許多問題需要特別注意。首先，應(yīng)該正確理解C++的工作原理，逐步利用它的各種強(qiáng)大功能，把專業(yè)經(jīng)驗(yàn)集成到對(duì)象中，并使用針對(duì)嵌入式應(yīng)用做過優(yōu)化的開發(fā)工具。不建議使用純粹的自頂向下的設(shè)計(jì)策略和深層嵌套繼承，并避免為適應(yīng)工具而放棄語(yǔ)言功能，而使編程的效率降低。

嵌入式軟件技術(shù)似乎落后于新的發(fā)展形勢(shì)，這主要是因?yàn)榍度胧介_發(fā)人員根據(jù)多年來應(yīng)付有限資源的經(jīng)驗(yàn)而養(yǎng)成了謹(jǐn)慎保守的態(tài)度。這里所指的有限資源包括：存儲(chǔ)器容量非常有限，CPU的功能只是剛好夠用。

對(duì)編程語(yǔ)言的選擇完全反映了這種實(shí)用保守主義態(tài)度。數(shù)年前，嵌入式開發(fā)人員慢慢開始熟悉高級(jí)語(yǔ)言，但最終被接受的是C語(yǔ)言。為了促使業(yè)界接受， C語(yǔ)言具有很高質(zhì)量的代碼生成和透明調(diào)試功能，另一方面，也正是在巨大的壓力下C語(yǔ)言才變得更有效率。

即使相對(duì)于C，C++取得了明顯的改進(jìn)，但它在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用仍遠(yuǎn)未普及。

造成這種猶豫不決的原因倒不是因?yàn)槿藗児虉?zhí)地拒絕改變，而是很簡(jiǎn)單，他們還是擔(dān)心資源問題。存儲(chǔ)器可能是大了一些，但你不可能隨心所欲地額外增加500兆字節(jié)容量；處理器速度也確實(shí)快了很多，但成本和功耗限制決定了它們的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上即使是最普通的臺(tái)式機(jī)中的處理器那么強(qiáng)大。

按這種思路對(duì)C++用于嵌入式軟件的適當(dāng)性產(chǎn)生顧慮又是否合理呢？答案是不一定。就像任何工具那樣，只有正確合理地使用語(yǔ)言，才能產(chǎn)生良好的結(jié)果。

建議

開始逐步使用C++。如果設(shè)計(jì)師今天還在使用C，那么讓他明天就使用C++肯定是一個(gè)極大的跨越。然而，由于C++并不是一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言(實(shí)際上它是具有某些面向?qū)ο筇攸c(diǎn)的一種過程語(yǔ)言)，并且基本上是C的一個(gè)超集，因此設(shè)計(jì)師可以逐步發(fā)掘C++新增的強(qiáng)大功能。

理解C++的實(shí)際工作原理。查看生成的代碼，并試著理解為什么要按它那樣的方式做。

在對(duì)象中集成專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。嵌入式軟件開發(fā)小組成員會(huì)有各種編程技巧，將這些專業(yè)經(jīng)驗(yàn)集成到一些類（class）里面，從而能讓其他團(tuán)隊(duì)成員安全地共享這些專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

使用針對(duì)嵌入式應(yīng)用做過優(yōu)化的設(shè)計(jì)工具。雖然許多公司提供嵌入式編程工具，但相對(duì)而言，一些工具更能滿足嵌入式開發(fā)者的實(shí)際需求。

適當(dāng)應(yīng)用語(yǔ)言功能。C++并不是專門針對(duì)嵌入式應(yīng)用而開發(fā)的語(yǔ)言。某些語(yǔ)言特性，比如過載功能，絕不會(huì)消耗任何資源。而其它特性，如異常處理系統(tǒng)(EHS)，則可能需要很大的開銷。該功能可以幫助編程人員構(gòu)建極具魯棒性的代碼。但缺點(diǎn)是為了適應(yīng)這種功能，工具會(huì)在后臺(tái)悄悄地產(chǎn)生大量的代碼。如果這種情況不可避免，那么至少以簡(jiǎn)單的方式使用EHS將能減少意外發(fā)生。

不建議

將嵌入式系統(tǒng)當(dāng)作PC。如果設(shè)計(jì)師在對(duì)PC進(jìn)行編程，那么可以認(rèn)為存儲(chǔ)器是無限和隨便使用的，并且總是有足夠的CPU處理能力。但在編寫嵌入式軟件時(shí)需要更加謹(jǐn)慎。先編一些代碼，看看它的長(zhǎng)度和執(zhí)行性能。然后，只有當(dāng)測(cè)試結(jié)果位于合理范圍內(nèi)而使設(shè)計(jì)師滿意時(shí)，才能繼續(xù)做下去。
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圖1：在嵌入式系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器一直是珍貴的資源。一個(gè)支持智能鏈接的鏈接器能利用編譯器產(chǎn)生輸出來消除重復(fù)的存儲(chǔ)器區(qū)域。
 

使用純粹的至頂向下的實(shí)現(xiàn)方法。從高層開始，創(chuàng)建只包括低層功能stub程序的軟件應(yīng)用程序創(chuàng)建是非常吸引人的。然而，這種策略的缺點(diǎn)在于會(huì)出現(xiàn)很多令人討厭的意外問題。設(shè)計(jì)師可能在編寫完代碼后發(fā)現(xiàn)整個(gè)程序太大或太慢，甚至又大又慢。

使用深層嵌套的繼承(inheritance)。面向?qū)ο缶幊谭椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)之一是能夠讓設(shè)計(jì)師自己或其它開發(fā)人員根據(jù)以前創(chuàng)建的其它基礎(chǔ)類定義新的類，并且不用完全理解那些基礎(chǔ)類的內(nèi)部工作機(jī)理。這就是繼承。但這樣做的缺點(diǎn)是根據(jù)這種方式生成的類的實(shí)例化對(duì)象可能需要一定的開銷。

編寫“聰明的”代碼。開發(fā)人員可以用C++寫出非常聰明簡(jiǎn)潔的代碼。但C++也能讓人寫出相當(dāng)晦澀難懂的代碼。千萬不要是后者。

僅僅因?yàn)楣ぞ卟荒芎芎玫靥幚矶艞壱恍┱Z(yǔ)言功能。例如，如果模板實(shí)現(xiàn)很差，它們就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的代碼膨脹(code bloat)。如果工具不能很好地處理這種情況，那就改用別的能夠幫助提高編程效率的工具。