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嵌入式编程是否应该用C++替代C语言?


1.前言

几十年来,嵌入式软件工程师们一直在争论是否应该使用C++替代C语言进行开发工作。根据2019年IEEE和github的市场调查显示,微控制器制造商提供的软件大部分都是由C语言编写。

事实上,56%的嵌入式软件是用C语言编写的。然而,C++已经逐渐普及,大约23%的新嵌入式软件项目都是用C++编写的。C语言发展到现在,差不多50年的时间了,现在正是c语言过渡到C++语言成为嵌入式开发主流语言的最佳契机。

对于习惯了用C语言开发的嵌入式程序员来说,对C++语言是有一些误解和偏见的。

(1)C++执行效率低

(2)C++生成的目标代码大

(3)C++编程非常麻烦

(4)没有指针概念,操作底层寄存器很复杂

我认为,嵌入式工程师是应该好好去学习一下C++语言开发嵌入式程序的,ARM的Mbed OS中也大量采用了C++编程语言。拒绝接受新的事物,害怕推翻旧有思维,固步自封,这样才可怕。

嵌入式工程师从C到C++的转换,需要学习的不仅仅是一门新的语言,而实际上学习的是一种编程思维模式。就像刚开始学习嵌入式从裸机代码开始,然后慢慢学习RTOS或者Linux,这不仅仅是接触新的东西,更是一种思维方式的转变。学习C++需要理解的是面向对象的思维方式,还有各种设计模式。从而在使用嵌入式开发的过程中,这些东西都是一种会用到的。

下面从三个方面来说说嵌入式开发中采用C++编程的好处。

2.引进新的设计模式

C语言在一定程度上为开发人员提供了一系列的封装函数可以使用,也提供了非常基本的多态的功能。然而C语言实际上是一种面向过程的语言,这种就使得组合和继承变得十分的困难。这些都会影响到总体设计架构的稳定性。除非是一个C语言基础以及做过许多项目的人,才能很好的掌握C语言架构的设计。一般的设计都会让软件函数的复用和扩展变得极其复杂。

而C++则为开发人员提供了真正面向对象的设计模式,这种抽象的模块,使得程序的耦合性更低。由于引脚了设计模式,所以在项目工程的移植上也十分的方便,这使得软件的复用性更好,这样可以加快产品的开发速度,缩短研发周期,降低工作量。

3.C++是一种不断更新的语言

在如今复杂的开发环境中,随着时代的发展,越来越多先进的硬件解决方案被提出,所以需要更好用的软件和语言解决方案,这就意味着编程语言必须是不断的更新的,不断为开发人员提供最好的最先进的工具。

我们来看一下C/C++版本的更迭情况:

C语言版本更迭:

年份 C标准 通用名 别名
1972 Birth C - -
1978 K&R C - -
1989-1990 ISO/IEC 9899:1990 C89 C90
1995 ISO/IEC 9899/AMD1:1995 AMD1 C95
1999 ISO/IEC 9899:1999 C99 -
2011 ISO/IEC 9899:2011 C11 -
2018 ISO/IEC 9899:2018 C18 -

C++语言版本更迭:

年份 C标准 通用名 别名
1978 - - -
1998 ISO/IEC 14882:1998 C++98 -
2003 ISO/IEC 14882:2003 C++03 -
2011 ISO/IEC 14882:2011 C++11 C++0x
2014 ISO/IEC 14882:2014 C++14 C++1y
2017 ISO/IEC 14882:2017 C++17 C++1z
2020 - C++20 C++2a

C++语言的更新与C语言不同的是,C++不仅仅是修复了一些错误,更重要的是添加了一些新的特性和工具。而且从更新频率上来说,C++的更新最近都是大概每三年更新一次。这可以很方便的适应新的系统和硬件平台。

4.C++有着更加丰富的特性

嵌入式编程过程中,相比于用C语言,C++有着更多的特性。现在的编译器已经对编程语言的优化非常的友好了。

C++中也是支持C语言操作的,所以这种方式也很十分容易的从C到C++的过渡。

支持异常处理和错误捕捉,这是在嵌入式开发过程中非常高效的

支持虚函数

支持动态类型转换,多重继承,多态等。

虽然会相对于C语言来说,会增加一些资源,但对于现在的嵌入式开发来说,多几KB已经不是什么问题了,嵌入式上使用C++编程却可以很容易的实现功能。大大提高开发效率。

5.总结

虽然目前来看,做嵌入式编程的主流语言还是C语言,但是却不能回避一个事实,在github上搜索嵌入式的工程的时候,越来越多的工程采用了C++进行编程。毕竟在嵌入式语言占比中也接近1/4的比例了。所以嵌入式开发需要去学习C++编程,并理解C++编程的思想。随着时代的进步,处理器的发展,越来越多新的的特性被提出,相信只有与时俱进才能做时代的先锋。

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