如何為嵌入式應用編寫優秀的C++代碼

在嵌入式軟件技術中，C++語言具有較高的編程效率。但是，要實現高效率，還有許多問題需要特別注意。首先，應該正確理解C++的工作原理，逐步利用它的各種強大功能，把專業經驗集成到對象中，并使用針對嵌入式應用做過優化的開發工具。不建議使用純粹的自頂向下的設計策略和深層嵌套繼承，并避免為適應工具而放棄語言功能，而使編程的效率降低。

嵌入式軟件技術似乎落后于新的發展形勢，這主要是因為嵌入式開發人員根據多年來應付有限資源的經驗而養成了謹慎保守的態度。這里所指的有限資源包括：存儲器容量非常有限，CPU的功能只是剛好夠用。

對編程語言的選擇完全反映了這種實用保守主義態度。數年前，嵌入式開發人員慢慢開始熟悉高級語言，但最終被接受的是C語言。為了促使業界接受， C語言具有很高質量的代碼生成和透明調試功能，另一方面，也正是在巨大的壓力下C語言才變得更有效率。

即使相對于C，C++取得了明顯的改進，但它在嵌入式系統中的應用仍遠未普及。

造成這種猶豫不決的原因倒不是因為人們固執地拒絕改變，而是很簡單，他們還是擔心資源問題。存儲器可能是大了一些，但你不可能隨心所欲地額外增加500兆字節容量；處理器速度也確實快了很多，但成本和功耗限制決定了它們的功能遠遠比不上即使是最普通的臺式機中的處理器那么強大。

按這種思路對C++用于嵌入式軟件的適當性產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言，才能產生良好的結果。

建議

開始逐步使用C++。如果設計師今天還在使用C，那么讓他明天就使用C++肯定是一個極大的跨越。然而，由于C++并不是一種面向對象的語言(實際上它是具有某些面向對象特點的一種過程語言)，并且基本上是C的一個超集，因此設計師可以逐步發掘C++新增的強大功能。

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

在對象中集成專業經驗。嵌入式軟件開發小組成員會有各種編程技巧，將這些專業經驗集成到一些類（class）里面，從而能讓其他團隊成員安全地共享這些專業經驗。

使用針對嵌入式應用做過優化的設計工具。雖然許多公司提供嵌入式編程工具，但相對而言，一些工具更能滿足嵌入式開發者的實際需求。

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

不建議

將嵌入式系統當作PC。如果設計師在對PC進行編程，那么可以認為存儲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需要更加謹慎。先編一些代碼，看看它的長度和執行性能。然后，只有當測試結果位于合理范圍內而使設計師滿意時，才能繼續做下去。
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圖1：在嵌入式系統中，存儲器一直是珍貴的資源。一個支持智能鏈接的鏈接器能利用編譯器產生輸出來消除重復的存儲器區域。
 

使用純粹的至頂向下的實現方法。從高層開始，創建只包括低層功能stub程序的軟件應用程序創建是非常吸引人的。然而，這種策略的缺點在于會出現很多令人討厭的意外問題。設計師可能在編寫完代碼后發現整個程序太大或太慢，甚至又大又慢。

使用深層嵌套的繼承(inheritance)。面向對象編程方法的優點之一是能夠讓設計師自己或其它開發人員根據以前創建的其它基礎類定義新的類，并且不用完全理解那些基礎類的內部工作機理。這就是繼承。但這樣做的缺點是根據這種方式生成的類的實例化對象可能需要一定的開銷。

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

僅僅因為工具不能很好地處理而放棄一些語言功能。例如，如果模板實現很差，它們就會產生嚴重的代碼膨脹(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。