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

STM32 可以安装lua吗 stm32支持c++吗_单片机


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:

STM32 可以安装lua吗 stm32支持c++吗_面向对象_02


STM32 可以安装lua吗 stm32支持c++吗_stm32_03

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。

STM32 可以安装lua吗 stm32支持c++吗_STM32 可以安装lua吗_04

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)

STM32 可以安装lua吗 stm32支持c++吗_单片机_05


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

STM32 可以安装lua吗 stm32支持c++吗_STM32 可以安装lua吗_06


C++ 花费5.145s

STM32 可以安装lua吗 stm32支持c++吗_c++_07


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。