內(nèi)存安全編程語(yǔ)言可以幫助解決特定的問(wèn)題，并降低內(nèi)存相關(guān)錯(cuò)誤的可能性，但它們不是包羅萬(wàn)象的。在一種內(nèi)存安全的語(yǔ)言中，你仍然可能會(huì)遇到內(nèi)存問(wèn)題和錯(cuò)誤。所以內(nèi)存安全語(yǔ)言是嵌入式開(kāi)發(fā)人員可以用來(lái)解決問(wèn)題的另一個(gè)工具。

嵌入式C語(yǔ)言編程規(guī)范和內(nèi)存管理技巧。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，由于單片機(jī)的堆棧空間較小，局部變量和動(dòng)態(tài)分配變量容易導(dǎo)致內(nèi)存溢出，因此需要在編譯期準(zhǔn)確計(jì)算內(nèi)存占用量，并進(jìn)行相應(yīng)的堆棧空間大小修改。剛好我總結(jié)了一些嵌入式資料放在文章結(jié)尾，為避免這種情況的發(fā)生，全局變量是一種更好的選擇，因?yàn)榭梢栽诰幾g期準(zhǔn)確計(jì)算內(nèi)存占用量，從而避免內(nèi)存溢出。在嵌入式C語(yǔ)言編程中，模塊化編程是一種重要的方法。

雖然人們普遍對(duì)遷移到Rust這樣的語(yǔ)言感到興奮和感興趣，但在嵌入式領(lǐng)域，仍然存在許多挑戰(zhàn)，例如:

l 培訓(xùn)工程師并讓他們快速掌握一門(mén)新語(yǔ)言所需的時(shí)間和成本

l 如何處理遺留代碼以及遷移現(xiàn)有代碼的時(shí)間和成本

l 現(xiàn)有供應(yīng)商工具鏈中的語(yǔ)言支持

如果開(kāi)發(fā)人員注意他們正在做的事情并遵循行業(yè)最佳實(shí)踐和過(guò)程，內(nèi)存安全語(yǔ)言幫助開(kāi)發(fā)人員避免的許多錯(cuò)誤也可以通過(guò)使用C/C++來(lái)避免。讓我們研究五種可以幫助開(kāi)發(fā)人員提高內(nèi)存安全性的C++技術(shù)。

技巧1——智能指針

內(nèi)存問(wèn)題的一個(gè)重要原因是原始指針的使用。嵌入式開(kāi)發(fā)人員都熟悉指針的使用。你可以使用它們來(lái)指向外圍存儲(chǔ)器和寄存器，高效地將數(shù)據(jù)傳遞給函數(shù)，等等。C和早期版本的C++中的原始指針的問(wèn)題是開(kāi)發(fā)人員可以隨心所欲地做他們想做的事情。在許多情況下，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏、訪問(wèn)范圍外的變量等問(wèn)題。

在現(xiàn)代C++中，開(kāi)發(fā)人員可以利用智能指針，包括:

l auto_ptr (在C++11中不推薦使用)

l unique_ptr

l shared_ptr

l weak_ptr

我們可以通過(guò)討論這項(xiàng)工作如何超出我們的范圍來(lái)討論一般概念。

你通常可以將智能指針視為包裝在類中的原始指針。智能指針有幾個(gè)用途。首先，unique_ptr可用于確保當(dāng)指針超出范圍時(shí)，發(fā)生的任何內(nèi)存分配也被釋放。使用原始指針并不能保證這種可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的行為。接下來(lái)，智能指針還要有主人翁意識(shí)。例如，unique_ptr防止復(fù)制其包含的指針。只允許基礎(chǔ)指針的一個(gè)所有者。如果另一個(gè)對(duì)象想要使用unique_ptr指向的資源，可以使用move語(yǔ)義來(lái)轉(zhuǎn)移所有權(quán)。

使用C++的嵌入式開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該避免像在C中那樣使用原始指針，相反，智能指針是一種更好的做法，有助于防止導(dǎo)致錯(cuò)誤和安全漏洞的常見(jiàn)內(nèi)存問(wèn)題。

技巧2——避免使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存和堆

幾十年來(lái)，避免動(dòng)態(tài)內(nèi)存和堆一直是基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)最佳實(shí)踐。當(dāng)然，使用它們是可能的，我有時(shí)這樣做是為了證明一個(gè)觀點(diǎn)，但是也有可能引入與內(nèi)存相關(guān)的錯(cuò)誤，比如內(nèi)存泄漏、碎片和其他潛在的問(wèn)題。

使用C++的嵌入式開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)避免動(dòng)態(tài)內(nèi)存和堆來(lái)提高避免內(nèi)存問(wèn)題的機(jī)會(huì)。有幾種不同的方法可以做到這一點(diǎn)。首先，開(kāi)發(fā)者應(yīng)該避免在嵌入式系統(tǒng)中使用標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)(STL)。一般來(lái)說(shuō)，STL使用了大量的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。接下來(lái)，開(kāi)發(fā)人員可以禁用運(yùn)行時(shí)類型信息(RTTI)。最后，禁用異常是另一種選擇。異常的內(nèi)存是以未指定的方式分配的，在大多數(shù)實(shí)現(xiàn)中是使用堆。

避免內(nèi)存分配并使用堆可以立即消除內(nèi)存泄漏、內(nèi)存不足錯(cuò)誤、堆碎片等問(wèn)題。

技術(shù) 3–RAII

很容易概括地說(shuō)，嵌入式開(kāi)發(fā)人員不應(yīng)該使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存或堆。不過(guò)，最佳實(shí)踐是一種概括，有時(shí)你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己處于必須這樣做的情況。例如，當(dāng)必須使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存和堆時(shí)，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)遵循資源獲取初始化(RAII)技術(shù)來(lái)避免內(nèi)存問(wèn)題。

RAII是一種技術(shù)，嵌入式開(kāi)發(fā)人員將對(duì)象的生命周期與其自己的資源聯(lián)系起來(lái)。這個(gè)想法很簡(jiǎn)單。如果應(yīng)用程序獲取一個(gè)資源，一個(gè)對(duì)象應(yīng)該與該資源相關(guān)聯(lián)，該資源調(diào)用一個(gè)初始化該資源的構(gòu)造函數(shù)。該對(duì)象在其生存期內(nèi)擁有該資源。當(dāng)對(duì)象超出范圍時(shí)，析構(gòu)函數(shù)被執(zhí)行，資源和所有分配的內(nèi)存被釋放。

要考慮的其他技術(shù)

首先，熟悉一下零規(guī)則、五規(guī)則和三規(guī)則。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)類時(shí)，這些規(guī)則有助于決定何時(shí)應(yīng)該創(chuàng)建用戶定義的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)、復(fù)制賦值操作符、析構(gòu)函數(shù)、移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)操作符。

其次，使用靜態(tài)分析工具來(lái)查找內(nèi)存泄漏、線程問(wèn)題、bug和其他潛在問(wèn)題。同樣，許多靜態(tài)分析工具已經(jīng)存在，比如clang、cppcheck、valgrind和商業(yè)工具。

接下來(lái)，熟悉現(xiàn)代C++。C++語(yǔ)言中有很多特性，但是實(shí)際上一個(gè)嵌入式開(kāi)發(fā)者只需要其中的一小部分。你可以識(shí)別出符合你需求的子集，并拋棄其他所有東西。我知道我做過(guò)，我也用c做了同樣的事情。我們的目標(biāo)不是使用每種語(yǔ)言的特性，而是使用語(yǔ)言中的工具來(lái)幫助你編寫(xiě)健壯的實(shí)時(shí)嵌入式軟件。

最后，關(guān)注對(duì)C++標(biāo)準(zhǔn)所做的更改。C++每三年更新一次。語(yǔ)言在不斷發(fā)展，新的工具也在不斷增加。安全性和內(nèi)存安全是至關(guān)重要的，我們很可能會(huì)在未來(lái)看到語(yǔ)言在這方面的許多改進(jìn)。

結(jié)論

C++不是內(nèi)存安全的語(yǔ)言;然而，許多特性和技術(shù)可以用來(lái)編寫(xiě)內(nèi)存安全的代碼。最終，無(wú)論你是否使用內(nèi)存安全語(yǔ)言，嵌入式開(kāi)發(fā)人員都需要考慮他們正在做什么，以及它如何影響內(nèi)存。