从小型微控制器到大型工业自动化系统， 嵌入式开发是我们每天使用的设备和产品的核心。软件工程的这个特殊分支专注于为功率有限、计算受限且通常具有严格实时约束的硬件环境创建软件。
在这些情况下，选择正确的语言可能会导致高性能产品或受到瓶颈或 bug 困扰的产品。
在众多可用选项中，C++ 既是一个有前途又有点争议的候选者。在本文中，我们将探讨 C++ 如何适应嵌入式开发领域，以帮助你对项目做出明智的决策。
什么是用于嵌入式开发的 C++？
嵌入式开发就是为专用硬件设备创建软件，有时计算能力、内存和严格的实时约束有限。
根据“2023 年嵌入式调查 ”，在嵌入式软件开发中，“C 和 C++ 仍然继续主导其他语言”。虽然前者的受欢迎程度略有优势，但 C++ 由于其众所周知的优势而受到关注。那么，C++ 能否超越 C 并成为嵌入式开发的首选呢？让我们来了解一下。
嵌入式 C++ 与 C++
在深入研究 C++ 在嵌入式软件开发中的优缺点之前，重要的是要澄清嵌入式 C++ （EC++） 和标准 C++ 之间的区别。
EC++ 是 1998 年专门为嵌入式系统制作的 C++ 的一种方言或子集。它不仅省略了具有运行时开销的功能（如 RTTI 和虚拟类），还省略了一些有用的功能（如命名空间、using 和 static_cast）。
虽然 EC++ 仍然停滞不前（甚至 EC++ 网站自 2002 年以来就没有更新过），但 C++ 一直在不断发展，每个新版本都会带来额外的功能和优化。其中一些非常有用，尤其是在嵌入式用例中，例如 constexpr、static_assert 和 modules。
甚至 Bjarne Stroustrup（C++ 的创建者） 也分享了他对 EC++ 的强烈厌恶 ，并强调需要使用单一标准语言，因此他更喜欢在嵌入式系统中使用 C++。
用于嵌入式开发的 C++ 的优点
在嵌入式用例中实施 C++ 有什么好处？
面向对象的功能，用于改进的抽象和模块化
C++ 的最大吸引力之一是其面向对象的模式范式，它促进了代码封装、继承和多态性。借助这些，开发人员可以将硬件模块和外设表示为类，将数据和功能分组在一起。
这种方法不仅可以提高代码可读性并减少重复，还可以促进团队之间更直接的协作。
与 C 的向后兼容性
C++ 与 C 保持高度的向后兼容性，这意味着大多数现有的 C 代码都可以在 C++ 环境中正常编译。这对于拥有现有 C 代码或依赖 C 库进行硬件交互的嵌入式开发公司来说非常重要。
丰富的标准模板库 （STL）
C++ 中的标准模板库提供了一组即用型且经过充分优化的数据结构和算法。这种丰富性减少了从头开始编写代码的需要，也减少了任何出现逻辑错误的可能性，并提高了嵌入式软件开发的生产力。
注意： 开发人员必须确保 STL 组件与嵌入式系统的约束保持一致。
支持使用模板进行泛型编程
模板允许你编写安全高效的代码，而不会牺牲速度或内存。在嵌入式软件开发中，这可能会改变游戏规则，以编写灵活但高性能的代码库，这些代码库可以适应不同的硬件配置，而不会引入开销。
此外，新引入的 C++20 概念提供了使泛型代码更安全并在编译时捕获任何错误的功能。
强大的社区支持和资源
由于是使用最广泛的编程语言之一，C++ 拥有强大的开发者社区和众多资源，其中 CppReference 是最受欢迎的。用户还可以从为微控制器和实时作系统 （RTOS） 量身定制的多个开源库中受益，这对嵌入式开发非常有帮助。
现代 C++ 功能，如更好的运行时计算
C++ 附带了许多新功能，例如用于编译时优化的 constexpr 和用于生成较小代码大小的模块 ;两者都有利于嵌入式用例。
性能、并发性和安全性改进是主要关注点，同时还有新的语言功能使其成为嵌入式开发的可行选择。
C++ 用于嵌入式开发的缺点
现在，对于缺点。让我们回顾一下。
比 C 更复杂
由于其附加功能和标准模板库，C++ 本质上比 C 更复杂，这意味着它可能具有更陡峭的学习曲线。如果使用不当，某些复杂功能（如移动语义和智能指针）可能会增加出错的可能性。
比 C 语言更耗费资源
C++ 可以生成与等效 C 代码一样高效的代码。但在某些情况下，如果不仔细优化，某些 STL 容器或大型模板实例化可能会增加内存使用量。
一些极其受限的嵌入式系统对 RAM 和闪存存储有严格的限制，这让事情进一步复杂化。
编译时间较慢
C++ 项目编译可能比 C 项目花费更长的时间，尤其是当它们严重依赖模板和大型 STL 库时。在嵌入式软件开发中，迭代测试和验证很频繁，因此缓慢的编译时间会影响生产力。
这就是像 Incredibuild 这样的工具派上用场的地方。它结合了强大的分布式处理、虚拟化和独特的构建缓存，因此你可以以闪电般的速度进行构建和测试。
并非所有标准库功能都可用于嵌入式系统
尽管 STL 提供了一组丰富的功能，但并非所有功能在受限环境中都有意义。此外，库的某些部分依赖于作系统，而作系统可能不存在于裸机环境中，例如某些 iostream 功能或并发机制。
其他功能也不适合在基于 RTOS 的嵌入式设备中使用。
因此，作为嵌入式软件开发人员，你需要根据 STL 的底层约束为你的项目仔细选择 C++ 标准库功能。
使用 Incredibuild 加速嵌入式 C++ 开发
尽管存在挑战，但 C++ 仍然是嵌入式系统中软件开发的有力候选者，前提是你考虑了资源使用情况和编译时间。
减少缓慢的编译时间并在上市时间上获得优势的一种方法是使用 Incredibuild 的嵌入式开发加速平台卸载构建。
通过利用分布式处理和其他先进技术，Incredibuild 加速了嵌入式软件开发，减少了等待时间，从而实现了实时迭代和更快的上市时间。
结论
选择 C++ 进行嵌入式开发具有强大的优势，包括丰富的抽象集、与 C 的向后兼容性以及访问可提高代码可靠性和模块化的现代语言功能。
同时，C++ 确实需要格外小心，以确保它不会消耗太多资源、减慢构建周期或引入超出团队技能水平的复杂性。
如果你愿意投资于正确的工具并采用最佳实践，例如仔细选择 STL 功能、最少使用动态内存和一致的代码审查，那么 C++ 可能是需要可扩展、可维护且强大的嵌入式软件的项目的绝佳选择。
通过将 C++ 与 Incredibuild 等构建加速解决方案相结合，组织可以正面应对讨论的挑战，将潜在的缺点转化为可管理的权衡。
最后，C++ 是否最终会取代 C 成为嵌入式系统的首选，仍然是一个悬而未决的问题。但是，很明显，C++ 在这个领域已经是一种令人敬畏的语言。
常见问题
我应该学习 C++ 进行嵌入式开发吗？
是的。许多专家主张学习 C++ 进行嵌入式开发，因为它能够提供强大的抽象并保持与 C 的向后兼容性。虽然一些开发人员认为 C 更简单、资源效率更高，但 C++ 提供了强大的语言功能，可以帮助创建更易于维护和可扩展的代码库。
嵌入式 C++ 有哪些限制？
EC++ 省略了 C++ 的某些功能，以降低复杂性和资源使用。这意味着开发人员可以使用的语言功能较少，这可能需要额外的努力才能在嵌入式系统的约束下实现某些功能。
Python 还是 C++ 更适合嵌入式开发？
C++ 在效率和硬件控制方面表现出色，这使其适用于嵌入式开发，尤其是低级嵌入式软件。Python 易于使用和快速开发，通常用于资源限制较少的更高级别应用程序。两者之间的选择取决于硬件要求、性能需求和你的项目目标。
