C++中的結構和類

C++ 仍然是嵌入式開發(fā)的少數(shù)??語言，但當項目變得太大而無法有效使用 C 時，開發(fā)人員通常會采用 C++。這些開發(fā)人員通常從 C 過渡到 C++，語言之間的細微差異代表了他們學習曲線的重要部分。C++ 有結構，就像 C 一樣，因為它們是不一樣的。C++ 有類，它們與結構非常相似。本文解開這些語言元素的細節(jié)。

C中的結構

C 中的結構是自定義的復合數(shù)據(jù)項（對象），可以由現(xiàn)有的內置數(shù)據(jù)類型（int、char等）、位字段（指定位大小的整數(shù)）和其他結構構建。這個想法是聚合一些屬于一起的數(shù)據(jù)項。例如，保存 3 維坐標的結構可能如下所示：

結構坐標
{
?? 浮動 x;
?? 浮動y;
?? 浮動z；
};

這段代碼告訴編譯器結構坐標是什么樣的。然后，您可以繼續(xù)聲明這種類型的變量：

結構坐標位置；

變量位置是結構坐標類型，它的內部字段可以使用“點”運算符來尋址：

位置.x = 1.0;
位置.y = 2.0;
位置.z = 9.99;

當然，使用三個單獨的浮點變量（名稱如location_x等）可以實現(xiàn)類似的效果。但是，將位置作為可以傳遞給函數(shù)等的單個變量來處理要容易得多。

包含位字段的能力為結構提供了 C 中其他地方不具備的能力。下面是一個例子：

結構位寄存器
{
?? 未注冊：3；
?? 未簽名：3；
?? 無符號極性：2；
};

struct bitreg類型變量中的每個字段都有特定的位大小。編譯器確保數(shù)據(jù)以合理的方式存儲，因此我們希望這樣的變量適合一個字節(jié)。此外，所有用于訪問字節(jié)內字段的“bit bashing”代碼都是自動生成的。因此，程序員可以簡單地訪問它們：

結構位寄存器控制；
 
控制.up = 1;
control.down = 2;
control.polarity = 3;

在大多數(shù)情況下，在 C 中使用結構非常簡單，并且使代碼更易于理解，而不會影響執(zhí)行效率。但是，嵌入式開發(fā)人員應該注意兩點：

• 現(xiàn)代高端（通常為 32 位）處理器具有易于使用結構的指令集。事實上，它們就是為此而設計的。然而，大多數(shù)低端 CPU 不提供這樣的效率，因此結構的使用需要小心。
• 位域是一個很好的特性，可以產生高效且可讀的代碼。嵌入式開發(fā)人員可能會立即發(fā)現(xiàn)一個機會：使用位域訪問設備控制寄存器。許多外圍設備具有包含各種位字段的 1 字或 1 字節(jié)寬的寄存器。這看起來像一個偉大的匹配，有時它可以工作。但是有兩個問題：
  • 位域的確切布局由編譯器確定。如果一切都正確映射到設備上，則代碼可能會正常工作。但是，編譯器的更改，甚至只是編譯器的更新，都可能會破壞代碼。
  • 編譯器生成的用于訪問位字段的代碼很可能會使用許多 AND/OR 操作和對寄存器的多次訪問，這可能會出現(xiàn)問題。此外，某些設備寄存器是只寫的，并且永遠不會包含在編譯器生成的代碼中。

盡管 C 結構看起來有點像一種新的數(shù)據(jù)類型，但實際上并非如此。一個數(shù)據(jù)類型通常會有一系列可以對其執(zhí)行的操作；這不是 C 結構的情況。要對 C 結構做任何事情，除了創(chuàng)建指向它的指針之外，您需要訪問內部字段。這個問題在 C++ 中得到解決。

C++ 中的類

C++ 語言具有許多面向對象的功能。其中之一是類的概念，它可以描述更像一種新數(shù)據(jù)類型的東西。可以從類中實例化一個變量（通常稱為對象） ；即它是這種新類型的對象。

C++ 類具有與 C 結構幾乎完全相同的語法和一些非常相似的功能。但是，有一些重要的區(qū)別：

• 一個類也可以包含函數(shù)（稱為方法）。
• 成員變量和方法對外界是隱藏的，除非它們的聲明遵循公共：
• 可以有一對特殊的方法——構造函數(shù)和析構函數(shù)——分別在創(chuàng)建和銷毀類的實例（對象）時自動運行。
• 可以使用特殊方法（成員函數(shù)）定義處理新數(shù)據(jù)類型的運算符。
• 一個類可以用作定義另一個類的基礎（這稱為繼承）。
• 聲明一個新類型的變量（類的一個實例；一個對象）只需要類的名稱——關鍵字class不是必需的。

此示例中說明了大多數(shù)這些功能：

我的班級
{
?? 字符一個;
?? 詮釋 b;
上市：
?? 無效的樂趣（）；
?? 我的課（）;
?? ?我的類（）；
};
 
我的類我的obj；
 
myobj.fun();

成員變量a和b只能被三個成員函數(shù)fun()、myclass()和~myclass() 訪問。后兩個函數(shù)是構造函數(shù)和析構函數(shù)。只有fun()可能被用戶代碼調用。所有三個函數(shù)的實際代碼將在別處定義，并使用::運算符與類相關聯(lián)，因此：

無效 myclass::fun()
{
??...

C++ 中的結構

除了類之外，C++ 還具有向后兼容 C 的結構。但是，C++ 結構還具有與類相同的附加功能。這只是 C++ 中結構和類之間的一個區(qū)別。正如我們所見，類中成員變量和函數(shù)的默認可訪問性是私有的；結構中的默認值是公共的。因此，早期類的功能也可以這樣表示：

結構體
{
?? 無效的樂趣（）；
?? 我的課（）;
?? ?我的類（）；
私人的：
?? 字符一個;
?? 詮釋 b;
};

在 C++ 中使用類和結構

獲得此信息后，建議您不要過度利用它。當您需要額外功能時，僅將結構用于它們在 C 和類中提供的功能有很多原因。首先，這是代碼可讀性的問題。另一個開發(fā)人員可能對細節(jié)不是很清楚，以“非標準”方式編寫的代碼會令人困惑。

編寫代碼時的一個關鍵優(yōu)先事項是確保它是可讀的（=可維護的）。有人——可能是你——可能需要在一年后查看這段代碼并了解它的作用。一些建議：假設將維護您的代碼的人是一個武裝的精神病患者，他的耐心有限，并且知道您的家庭住址。

　　審核編輯：湯梓紅