在stm32单片机中使用c++与c语言的对比
简介
单片机能够用c++来编写,这件事放到现在已经不是什么新鲜事,将它放在实际的开发中也有其存在意义,例如:某通讯接口上位机用的是面向对象的方法开发的,到了下位机则可以考虑用c++开发,以此节约c语言处理面向对象问题的时间,以及后续维护成本。
虽然话是这样说,但现实情况是一想到c++要运行在单片机上,下秒的想法便是c++太大了,不适合用在单片机上。所以单片机这到底要不要用c++开发这一问题其实挺让人犹豫的。
到这里再回顾一下我举的例子,有个通讯协议用的是面向对象方法开发的,如果我用c++开发的话,我也不用什么STL容器、智能指针、流,那我这所谓的c++会很大吗?仔细想想,类好像比结构多个虚函数表,那类好像大不到哪里去,至于执行效率考虑到动态多态会有额外花费,但应该不会是什么致命问题。
如果以上猜测没问题的,那在单片上用c++来开发这种面向对象的接口,应该是一不错的选择。下面将进行验证。
环境
单片机:stm32f407vet6
程序初始框架采用STM32cubeMX生产,频率调至最高168Mhz,并初始化USART1。
C++环境搭建,查考:(这里面的weak不用修改,需要插入retarget.c否则无法运行)
C++/C混合编译程序结构参考:
编译器:AC6,版本:V6.6,c语言不用MicroLIB
编译器优化选择"-O1"(我用O0 c++跑不进main函数),更具体可以参考:
对比
代码结构按照上面的一个链接,仅在start.cpp(c++编译)和start.c(c语言编译)中做修改。
左边test_c.bin为c,右边test.bin为c++
c实现继承多态对比c++
代码
start.c
#include "start.h"
#include "main.h"
extern UART_HandleTypeDef huart1;
typedef void (*FUN)();
uint8_t ii;
typedef struct
{
uint8_t a;
FUN _fun;
} Base;
typedef struct
{
Base parent;
uint8_t b;
} Child;
void fun1()
{
ii = '0';
//HAL_UART_Transmit(&huart1, &ii, 1, 10000);
}
void fun2()
{
ii = '9';
//HAL_UART_Transmit(&huart1, &ii, 1, 10000);
}
void test()
{
Base parent;
Child child;
parent._fun = fun1;
child.parent._fun = fun2;
Base* p = &parent;
p->_fun();
p = (Base*)&child;
p->_fun();
}
void startup()
{
uint8_t chr = 'c';
HAL_UART_Transmit(&huart1, &chr, 1, 10000);
for(uint16_t i = 0; i < 3000; i++) {
for(uint16_t j = 0; j < 3000; j++) {
test();
}
}
HAL_UART_Transmit(&huart1, &chr, 1, 10000);
while(1)
{
HAL_Delay(100);
}
}
start.cpp
#include "start.h"
#include "main.h"
using namespace std;
extern UART_HandleTypeDef huart1;
uint8_t ii;
class Base
{
uint8_t a = 0xff;
public:
virtual void fun() {
ii = '0';
//HAL_UART_Transmit(&huart1, &ii, 1, 10000);
}
};
class Child :public Base
{
uint8_t b = 0x55;
public:
void fun() {
ii = '9';
//HAL_UART_Transmit(&huart1, &ii, 1, 10000);
}
};
void test()
{
Base parent;
Child child;
Base *p = &parent;
p->fun();
p = &child;
p->fun();
}
void startup()
{
uint8_t chr = '+';
HAL_UART_Transmit(&huart1, &chr, 1, 10000);
for(uint16_t i = 0; i < 3000; i++) {
for(uint16_t j = 0; j < 3000; j++) {
test();
}
}
HAL_UART_Transmit(&huart1, &chr, 1, 10000);
while(1)
{
HAL_Delay(100);
}
}
这里两边都使用了全局变量ii,是由于如果使用局部变量O1会优化掉start.c文件里的两个fun函数。
编译出来的文件大小
c为4808,c++为4888,再考虑到c++多了个retarget.c文件,基本可以说大小差距可以忽略不记了。
内存占用情况
C
好像O1将函数优化掉了,我这没见着具体的内存地址但根据c的原理,很容易猜测出其内存分布
C++(0x20000878为parent的地址)
从这可以看出c++会多一个虚表指针,而c则会按设计struct结构分布。就占据栈的大小来来看,两边都差不多。
运行效率
运行效率通过计算两次串口打印的时间差,来获取其时间开销
C 花费1.714s
C++ 花费5.145s
简单估算一下C++耗时大约是C的3倍,考虑到虚函数开销情况(多一次整形加法和一次指针间接引用),需要花费3倍时间也处于可以接受范围。
总结
从编译出的文件大小,内存暂用情况,运行速度可以看出,这种仅使用c++类来处理c中模型对象问题的方法完全行得通,这种方法应该能显著的提高c处理面向对象类型问题的效率,如有类似的开发需求完全值得一试。
附:
1.这里没使用O0是因为无论是c还是c++都进不了main函数,这里并没有进一步研究
2.C++使用STL容器大小明显增大,我这里尝试添加string,大小从5k增大到65k,所以要用c++里的功能尽量按需用。