嵌入式C++開發詳解（一）

一、C++概述

1.嵌入式開發中為什么選擇C++語言？

（1）面向過程編程的特點

  C語言特點：C語言是在實踐的過程中逐步完善的

             ·沒有深思熟慮的設計過程

               ·使用時存在很多“灰色地帶”

                ……

             ·殘留量過多低級語言的特征

               ·直接利用指針進行內存操作

                ……

  面向過程的編程特點：

             面向過程程序設計：數據結構+算法

  ·主要解決科學計算問題，用戶需求簡單固定

  ·特點：分析解決問題所需要的步驟

          利用函數實現各個步驟

          依次調用函數解決問題

  ·問題：軟件可重用性差

          軟件可維護性差

          構建的軟件無法滿足用戶需求

（2）面向對象編程的特點

  面向對象的編程特點：

            面向對象程序設計：由現實世界建立軟件模型

   ·將現實世界中的事物直接映射到程序中，可直接滿足用戶需求

   ·特點：直接分析用戶需求中涉及的各個實體

           在代碼中描述現實世界中的實體

           在代碼中關聯各個實體協同工作解決問題

   ·優勢：構建的軟件能夠適應用戶需求的不斷變化

           直接利用面向過程方法的優勢而避開其劣勢

  C++語言特點：高效的面向對象語言，并且能夠兼容已經存在的代碼

2.C++為什么難學？

C++支持的編程格式：

·過程式

·數據抽象

·基于對象

·面向對象式

·函數式

·泛型形式

·模板元形式

值語義和對象語義：

值語義可以拷貝與賦值，對象語義不可進行拷貝與賦值

3.C++相關基礎知識點

（1）C++之父是誰？

    本賈尼·斯特勞斯特盧普

1982年，美國AT&T公司貝爾實驗室的Bjarne Stroustrup博士在c語言的基礎上引入并擴充 了面向對象的概念，發明了—種新的程序語言。為了表達該語言與c語言的淵源關系，它被命名為C++。而Bjarne Stroustrup（本賈尼·斯特勞斯特盧普）博士被尊稱為C++語言之父。

（2）C++語言的標準

  C++ 98 標準

  C++標準第一版，1998年發布。正式名稱為ISO/IEC 14882:1998[17]  。

  C++ 03 標準

  C++標準第二版，2003年發布。正式名稱為ISO/IEC 14882:2003[18]  。

  C++ 11 標準

  C++標準第三版，2011年8月12日發布。正式名稱為ISO/IEC 14882:2011[19]  。

  C++11對容器類的方法做了三項主要修改。

  首先，新增的右值引用使得能夠給容器提供移動語義。其次，由于新增了模板類initilizer_list，  

  因此新增了將initilizer_list作為參數的構造函數和賦值運算符。第三，新增的可變參數模板（variadic template）和函數參數包（parameter pack）使得可以提供就地創建（emplacement）方法。

  C++ 14 標準

  C++標準第四版，2014年8月18日發布。正式名稱為ISO/IEC 14882:2014[21]  。

  C++14是C++11的增量更新，主要是支持普通函數的返回類型推演，泛型 lambda，擴

  展的 lambda 捕獲，對 constexPR 函數限制的修訂，constexpr變量模板化等[22]  。

（3）C++11值得學習的新特性

·智能指針如shared_ptr、weak_ptr等

·rvalue reference

·function/bind

·lambda expression and closure

二、從C到C++的升級

1.聲明定義

 C++：C++中更強調語言的實用性，所有變量都可以在需要使用時再定義

     如：for(int i = 0; i < 2; i++)

 C語言：變量必須在作用域開始時定義

2.register關鍵字的升級

   經常被訪問的變量我們就可以用register修飾為寄存器變量，請求編譯器盡可能的將變量存在CPU的內部寄存器中，節省了CPU從內存中抓取數據的時間，從而提高了運行效率。

 C語言：register只能修飾局部變量，不能修飾全局變量和函數；

         register修飾的變量不能通過取地址來獲取寄存器變量；

         register修飾的變量一定是CPU能接受的數據類型。

 C++：在C++中依然支持register關鍵字

      C++編譯器有自己的優化方式，不使用register中也可能做優化

      C++中可以取register變量的地址（C++編譯器發現程序中需要取register

      變量的地址時，register對變量聲明無效）

3.const關鍵字

C++：C++編譯器對const常量的處理

     ·當碰見常量聲明時在符號表中放入常量

     ·編譯過程中若發現使用常量則以符號表中的值替換

     ·編譯過程中若發現對const使用了extern或者&操作符,則給對應的常量

       分配存儲空間

  注意：C++編譯器雖然可能為const常量分配空間，但不會使用其存儲空間中

        的值。

C語言：C語言中const修飾變量，空間里的值可變，但是不能通過變量名來修改這個空間的對應值。

4.內存分配與釋放

（1）C++中動態內存分配

·C++中通過new關鍵字進行動態內存申請

·C++的動態內存申請是基于類型進行的

·delete關鍵字用于內存釋放

變量申清：

Type *pointer = new Type;

……

delete pointer;

數組申清：

Type *pointer = new Type[];

……

delete[] pointer;

（2）new與malloc區別

·new關鍵字是C++的一部分，malloc是由C庫提供的函數

·new以具體類型為單位進行內存分配，malloc只能以字節為單位進行內存

  分配

·new在申請單個類型變量時可進行初始化，malloc不具備內存初始化的特

  性

5.引用VS指針

（1）引用

     ·引用是給一個變量起別名

     ·定義一個引用的一般格式：

          ·類型 &引用名 = 變量名

          ·例如：int a = 1;

                  int &b = a; //b是a的別名，因此a和b是同一個單元

      注意：定義引用時一定要初始化，指明該引用變量是誰的別名

     ·在實際應用中，引用一般用作參數傳遞與返回值

（2）const引用是指向const對象的引用

（3）函數傳參：按引用傳遞

引用傳遞方式是在函數定義時在形參前面加上運算符“&”

例如：void swap(int &a,int &b);

·按值傳遞方式容易理解，但形參值得改變不能對實參產生影響

·地址傳遞方式通過形參的改變使響應的實參改變，但程序容易產生錯誤且難以閱讀

·引用作為參數對形參的任何操作都能改變相應的實參的數據，又使函數調用顯得方便、自然。

（4）函數返回值：引用作為函數返回值

·引用的另一個作用是用于返回引用的函數

·函數返回引用的一個主要目的是可以將函數放在賦值運算符的左邊

·注意：不能返回對局部變量的引用

（5）引用與指針的區別

·引用訪問一個變量是直接訪問，而指針是間接訪問

·引用是一個變量的別名，本身不單獨分配自己的內存空間，而指針有自己的內存空間

·引用一經初始化不能再引用其它變量，而指針可以

·盡可能使用引用，不得已時使用指針

6.函數升級

（1）內聯函數（inline）:以空間換時間（頻繁調用且簡短）

      內聯函數的使用：

          inline int max(int a,int b)

          {

               return a>b?a:b;

          }

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

      內聯函數與帶參數宏的區別：

     ·內聯函數調用時，要求實參和形參的類型一致，另外內聯函數會先對實

       參表達式進行求值，然后傳遞給形參；而宏調用只用實參簡單地替換形

       參。

     ·內聯函數是在編譯的時候、在調用的時候將代碼展開的，而宏則是在預

       處理時進行替換的

     ·在C++中建議有用inline函數來替換帶參數的宏

（2）函數重載（overload）

    相同的作用域，如果兩個函數名稱相同，而參數不同，我們把它們稱為重載overload

函數重載的條件：（函數的返回值不能作為條件）

  ·函數重載不同形式：

        ·形參數量不同

        ·形參類型不同

        ·形參順序不同

        ·形參數量和形參類型都不同

  ·調用重載函數時，編譯器通過檢查參數的個數、類型和順序來確定相應

    的被調用函數

     name managling與extern “C”：

     ·name managling 這里把它翻譯為名字改編

     ·C++為了支持重載，需要進行name managling

     ·extern“C”實現了C與C++混合編程

           #ifdef__cpluscplus

           extern“C”

           {

                #endif

                 ……

                #ifdef__cpluscplus

           }

           #endif

（3）帶默認參數的函數：

     ·函數沒有聲明時，在函數定義中指定形參的默認值

     ·函數既有定義又有聲明時，聲明時指定后，定義后就不能再指定默認值

     ·默認值的定義必須遵守從右到左的順序，如果某個形參沒有默認值，則

       它左邊的參數就不能有默認值

       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

     ·函數調用時，實參與形參按從左到右的順序進行匹配

 7.命名空間-namespace

（1）命名空間

    ·在C語言中只有一個全局作用域

     ·C語言中所有的全局標識符共享一個作用域

         ·標識符之間可能有沖突

·C++中提出了命名空間的概念

     ·命名空間將全局作用域分成不同的部分

     ·不同命名空間中的標識符可以同名而不會發生沖突

     ·命名空間可以相互嵌套

     ·全局作用域也叫默認命名空間

（2）如何定義命名空間

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）如何使用命名空間

·使用整個命名空間：using namespace name;

·使用命名空間中的變量：using name::variable;

·使用默認命名空間中的變量:  ::variable

默認情況下可以直接使用

默認命名空間中的所有標識符

8.新的類型轉換運算符

（1）static_cast<T>(expr)

·用于基本類型間的轉換，但不能用于基本類型指針間的轉換

·用于有繼承關系類對象之間的轉換和類指針之間的轉換

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是在編譯期進行轉換的，無法在運行時檢測類型，所以類類型之間的轉換可能存在風險

（2）const_cast<T>(expr)

const_cast強制類型轉換——用于去除變量的const屬性

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強制類型轉換

·用于指針類型間的強制轉換

·用于整數和指針類型間的強制轉換

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直接從二進制位進行賦值，是一種極其不安全的轉換。

（4）dynamic_cast<T>(expr)

   dynamic_cast強制類型轉換

 ·主要用于類層次間的轉換，還可以用于類之間的交叉轉移

·dynamic_cast還具有類型檢查的功能，比static_cast更安全