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如何為嵌入式應用編寫優秀的C++程式碼

上網時間: 2006年06月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:嵌入式  程式碼  語言  類,物件,處理器  記憶體 

嵌入式軟體技術中,C++語言具有較高的程式效率。但是,要實現高效率,還有許多問題需要特別注意。首先,應該正確瞭解C++的工作原理,逐步利用它的各種強大功能,把專業經驗整合在物件中,並使用針對嵌入式應用做過最佳化的開發工具。不建議使用純粹的自頂向下的設計策略和深層嵌套繼承,並避免為適應工具放棄語言功能,而使程式的效率降低。

嵌入式軟體技術似乎落後於新的發展形勢,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。這裡所指的有限資源包括:記憶體容量非常有限,CPU的功能只是剛好夠用。

對程式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階語言,但最終被接受的是C語言。為了促使業界接受,C語言具有高品質的程式碼產生和透明除錯功能,另一方面,也正是在巨大的壓力下C語言才變得更有效率。

即使相對於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並非因為人們固執地拒絕改變,而是簡單地擔心資源問題。記憶體可能是大了一些,但你不可能隨心所欲地額外增加500MB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桌上型電腦中的處理器那樣強大。

圖:在嵌入式系統中,記憶體一直是珍貴的資源。一個支援智慧鏈接的鏈接器能利用編譯器產生輸出來消除重覆的記憶體區域。

但考量到對C++用於嵌入式軟體的適當性因而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。

建議的方法

•開始逐步使用C++。如果設計師今天還在使用C,那麼讓他明天就使用C++必然是一個極大的跨越。然而,由於C++並不是一種物件導向的語言(實際上它是具有某些物件導向特點的一種程序語言),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。

•瞭解C++的實際工作原理。查看產生的程式碼,並試著理解為什麼要依照它的方式做。

•在物件中整合專業經驗。嵌入式軟體開發小組成員會有各種程式技巧,將這些專業經驗整合在一些類別(class)裡面,因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最佳化的設計工具。雖然許多公司提供嵌入式程式工具,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++並不是專門針對嵌入式應用而開發的語言。某些語言特性,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。該功能可以幫助程式人員建構極具強韌性的程式碼。但缺點是為了適應這種功能,工具會在後台悄悄地產生大量的程式碼。如果這種情況不可避免,那麼至少以簡單的方式使用EHS將能減少意外產生。

不建議的方法

•將嵌入式系統當作PC。如果設計師在對PC進行編程,那麼可以認為記憶體是無限和隨便使用的,並且總是有足夠的CPU處理能力。但在編寫嵌入式軟體時需要更加謹慎。先編一些程式碼,看看它的長度和執行性能。然後,只有當測試結果位於合理範圍內而使設計師滿意時,才能繼續做下去。

•使用純粹的自頂向下的實現方法。從高層開始,製作只包括低層功能stub程式的軟體應用程式製作是非常吸引人的。然而,這種策略的缺點在於會出現很多令人討厭的意外問題。設計師可能在編寫完程式碼後發現整個程式太大或太慢,甚至又大又慢。

•使用深層嵌套的繼承(inheritance)。物件導向程式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製作的其它基礎類定義新的類,並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產生之類別的實例化物件可能需要一定的開銷。

•編寫‘聰明的’程式碼。開發人員可以用C++寫出非常聰明簡潔的程式碼。但C++也能讓人寫出相當晦澀難懂的程式碼。千萬不要是後者。

•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程式碼膨脹(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程式效率的工具。

作者:Colin Walls

加速技術事業部技術專家

Mentor Graphics




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