嵌入式C++开发详解

绝地灬酷狼 2023-03-13 13:20 26阅读 0赞

一、C++概述

1.嵌入式开发中为什么选择C++语言？

（1）面向过程编程的特点

C语言特点：C语言是在实践的过程中逐步完善的

·没有深思熟虑的设计过程

·使用时存在很多“灰色地带”

……

·残留量过多低级语言的特征

·直接利用指针进行内存操作

……

面向过程的编程特点：

面向过程程序设计：数据结构+算法

·主要解决科学计算问题，用户需求简单固定

·特点：分析解决问题所需要的步骤

利用函数实现各个步骤

依次调用函数解决问题

·问题：软件可重用性差

软件可维护性差

构建的软件无法满足用户需求

（2）面向对象编程的特点

面向对象的编程特点：

面向对象程序设计：由现实世界建立软件模型

·将现实世界中的事物直接映射到程序中，可直接满足用户需求

·特点：直接分析用户需求中涉及的各个实体

在代码中描述现实世界中的实体

在代码中关联各个实体协同工作解决问题

·优势：构建的软件能够适应用户需求的不断变化

直接利用面向过程方法的优势而避开其劣势

C++语言特点：高效的面向对象语言，并且能够兼容已经存在的代码

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2.C++为什么难学？

C++支持的编程格式：

·过程式

·数据抽象

·基于对象

·面向对象式

·函数式

·泛型形式

·模板元形式

值语义和对象语义：

值语义可以拷贝与赋值，对象语义不可进行拷贝与赋值

3.C++相关基础知识点

（1）C++之父是谁？

本贾尼·斯特劳斯特卢普

1982年，美国AT&T公司贝尔实验室的Bjarne Stroustrup博士在c语言的基础上引入并扩充 了面向对象的概念，发明了—种新的程序语言。为了表达该语言与c语言的渊源关系，它被命名为C++。而Bjarne Stroustrup（本贾尼·斯特劳斯特卢普）博士被尊称为C++语言之父。

（2）C++语言的标准

C++ 98 标准

C++标准第一版，1998年发布。正式名称为ISO/IEC 14882:1998\[17\]  。

C++ 03 标准

C++标准第二版，2003年发布。正式名称为ISO/IEC 14882:2003\[18\]  。

C++ 11 标准

C++标准第三版，2011年8月12日发布。正式名称为ISO/IEC 14882:2011\[19\]  。

C++11对容器类的方法做了三项主要修改。

首先，新增的右值引用使得能够给容器提供移动语义。其次，由于新增了模板类initilizer\_list，

因此新增了将initilizer\_list作为参数的构造函数和赋值运算符。第三，新增的可变参数模板（variadic template）和函数参数包（parameter pack）使得可以提供就地创建（emplacement）方法。

C++ 14 标准

C++标准第四版，2014年8月18日发布。正式名称为ISO/IEC 14882:2014\[21\]  。

C++14是C++11的增量更新，主要是支持普通函数的返回类型推演，泛型 lambda，扩

展的 lambda 捕获，对 constexpr 函数限制的修订，constexpr变量模板化等\[22\]  。

（3）C++11值得学习的新特性

·智能指针如shared\_ptr、weak\_ptr等

·rvalue reference

·function/bind

·lambda expression and closure

二、从C到C++的升级

1.声明定义

C++：C++中更强调语言的实用性，所有变量都可以在需要使用时再定义

如：for(int i = 0; i < 2; i++)

C语言：变量必须在作用域开始时定义

2.register关键字的升级

经常被访问的变量我们就可以用register修饰为寄存器变量，请求编译器尽可能的将变量存在CPU的内部寄存器中，节省了CPU从内存中抓取数据的时间，从而提高了运行效率。

C语言：register只能修饰局部变量，不能修饰全局变量和函数；

register修饰的变量不能通过取地址来获取寄存器变量；

register修饰的变量一定是CPU能接受的数据类型。

C++：在C++中依然支持register关键字

C++编译器有自己的优化方式，不使用register中也可能做优化

C++中可以取register变量的地址（C++编译器发现程序中需要取register

变量的地址时，register对变量声明无效）

3.const关键字

C++：C++编译器对const常量的处理

·当碰见常量声明时在符号表中放入常量

·编译过程中若发现使用常量则以符号表中的值替换

·编译过程中若发现对const使用了extern或者&操作符,则给对应的常量

分配存储空间

注意：C++编译器虽然可能为const常量分配空间，但不会使用其存储空间中

的值。

C语言：C语言中const修饰变量，空间里的值可变，但是不能通过变量名来修改这个空间的对应值。

4.内存分配与释放

（1）C++中动态内存分配

·C++中通过new关键字进行动态内存申请

·C++的动态内存申请是基于类型进行的

·delete关键字用于内存释放

变量申清：

Type \*pointer = new Type;

……

delete pointer;

数组申清：

Type \*pointer = new Type\[\];

……

delete\[\] pointer;

（2）new与malloc区别

·new关键字是C++的一部分，malloc是由C库提供的函数

·new以具体类型为单位进行内存分配，malloc只能以字节为单位进行内存

分配

·new在申请单个类型变量时可进行初始化，malloc不具备内存初始化的特

性

5.引用VS指针

（1）引用

·引用是给一个变量起别名

·定义一个引用的一般格式：

·类型 &引用名 = 变量名

·例如：int a = 1;

int &b = a; //b是a的别名，因此a和b是同一个单元

注意：定义引用时一定要初始化，指明该引用变量是谁的别名

·在实际应用中，引用一般用作参数传递与返回值

（2）const引用是指向const对象的引用

（3）函数传参：按引用传递

引用传递方式是在函数定义时在形参前面加上运算符“&”

例如：void swap(int &a,int &b);

·按值传递方式容易理解，但形参值得改变不能对实参产生影响

·地址传递方式通过形参的改变使响应的实参改变，但程序容易产生错误且难以阅读

·引用作为参数对形参的任何操作都能改变相应的实参的数据，又使函数调用显得方便、自然。

（4）函数返回值：引用作为函数返回值

·引用的另一个作用是用于返回引用的函数

·函数返回引用的一个主要目的是可以将函数放在赋值运算符的左边

·注意：不能返回对局部变量的引用

（5）引用与指针的区别

·引用访问一个变量是直接访问，而指针是间接访问

·引用是一个变量的别名，本身不单独分配自己的内存空间，而指针有自己的内存空间

·引用一经初始化不能再引用其它变量，而指针可以

·尽可能使用引用，不得已时使用指针

6.函数升级

（1）内联函数（inline）:以空间换时间（频繁调用且简短）

内联函数的使用：

inline int max(int a,int b)

return a>b?a:b;

\#define MAX(a,b) (a)>(b)?(a):(b)

内联函数与带参数宏的区别：

·内联函数调用时，要求实参和形参的类型一致，另外内联函数会先对实

参表达式进行求值，然后传递给形参；而宏调用只用实参简单地替换形

参。

·内联函数是在编译的时候、在调用的时候将代码展开的，而宏则是在预

处理时进行替换的

·在C++中建议有用inline函数来替换带参数的宏

（2）函数重载（overload）

相同的作用域，如果两个函数名称相同，而参数不同，我们把它们称为重载overload

函数重载的条件：（函数的返回值不能作为条件）

·函数重载不同形式：

·形参数量不同

·形参类型不同

·形参顺序不同

·形参数量和形参类型都不同

·调用重载函数时，编译器通过检查参数的个数、类型和顺序来确定相应

的被调用函数

name managling与extern “C”：

·name managling 这里把它翻译为名字改编

·C++为了支持重载，需要进行name managling

·extern“C”实现了C与C++混合编程

\#ifdef\_\_cpluscplus

extern“C”

\#endif

……

\#ifdef\_\_cpluscplus

\#endif

（3）带默认参数的函数：

·函数没有声明时，在函数定义中指定形参的默认值

·函数既有定义又有声明时，声明时指定后，定义后就不能再指定默认值

·默认值的定义必须遵守从右到左的顺序，如果某个形参没有默认值，则

它左边的参数就不能有默认值

void funcl(int a,double b = 4.5,int c = 3)   //合法

void funcl(int a = 1,double b ,int c = 3)   //不合法

·函数调用时，实参与形参按从左到右的顺序进行匹配

7.命名空间-namespace

（1）命名空间

·在C语言中只有一个全局作用域

·C语言中所有的全局标识符共享一个作用域

·标识符之间可能有冲突

·C++中提出了命名空间的概念

·命名空间将全局作用域分成不同的部分

·不同命名空间中的标识符可以同名而不会发生冲突

·命名空间可以相互嵌套

·全局作用域也叫默认命名空间

（2）如何定义命名空间

namespace First

int i = 0;

namespace Second

int i = 1;

using namespace First;

int main()

cout<<i<<endl;

cout<<Second::i<<endl;

return 0;

（3）如何使用命名空间

·使用整个命名空间：using namespace name;

·使用命名空间中的变量：using name::variable;

·使用默认命名空间中的变量:  ::variable

默认情况下可以直接使用

默认命名空间中的所有标识符

8.新的类型转换运算符

（1）static\_cast<T>(expr)

·用于基本类型间的转换，但不能用于基本类型指针间的转换

·用于有继承关系类对象之间的转换和类指针之间的转换

int main()

int i = 0;

char c = ‘c’;

int \*pi = &i;

char \*pc = &c;

c = static\_cast<char>(i);//success

pc = static\_cast<char \*>(pi);//error

return 0;

static\_cast是在编译期进行转换的，无法在运行时检测类型，所以类类型之间的转换可能存在风险

（2）const\_cast<T>(expr)

const\_cast强制类型转换——用于去除变量的const属性

int main()

const int &j = 1;

int & k = const\_cast<int&>(j);

const int x = 2;

int & y = const\_cast<int&>(x);

k = 5;

cout << j << endl;

cout << k << endl;

y = 3;

cout <<x<<endl;

cout<<y<<endl;

cout <<&x<<endl;

cout<<&y<<endl;

return 0;

（3）reinterpret\_cast<T>(expr)

reinterpret\_cast强制类型转换

·用于指针类型间的强制转换

·用于整数和指针类型间的强制转换

typedef void(pf)(int)

int main()

int i = 0;

char c = ‘c’;

int \* pi = reinterpret\_cast<int \*>(&c);

char \* pc = reinterpret\_cast<char \*>(&i);

PF \* pf = reinterpret\_cast<PF\*>(0x12345678);

c = reinterpret\_cast<char>(i);

return 0;

reinterpret\_cast直接从二进制位进行赋值，是一种极其不安全的转换。

（4）dynamic\_cast<T>(expr)

dynamic\_cast强制类型转换

·主要用于类层次间的转换，还可以用于类之间的交叉转移

·dynamic\_cast还具有类型检查的功能，比static\_cast更安全

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