C++ 支持

[English]

ESP-IDF 主要使用 C 语言编写，并提供 C 语言 API。但 ESP-IDF 也支持使用 C++ 开发应用程序，与 C++ 开发相关的各种主题在本文档中列出。

ESP-IDF 支持以下 C++ 功能：

异常处理
多线程
运行时类型信息 (RTTI)
线程局部存储（thread_local 关键字）
除部分限制，所有由 GCC 实现的 C++ 功能均受支持。有关由 GCC 所实现功能的详细信息，请参阅 GCC 文档。

`esp-idf-cxx` 组件

esp-idf-cxx 组件为一些 ESP-IDF 中的功能提供了更高级别的 C++ API，该组件可以从 ESP-IDF 组件注册表中获取。

C++ 语言标准

默认情况下，ESP-IDF 使用 C++23 语言标准和 GNU 扩展 (-std=gnu++23) 编译 C++ 代码。

要使用其他语言标准编译特定组件的源代码，请按以下步骤，在组件的 CMakeLists.txt 文件中设置所需的编译器标志：

idf_component_register( ... )
target_compile_options(${COMPONENT_LIB} PRIVATE -std=gnu++11)

如果组件的公共头文件也需要以该语言标准编译，请使用 PUBLIC 而非 PRIVATE。

多线程

支持 C++ 线程，互斥锁和条件变量。C++ 线程基于 pthread 构建，而 pthread 封装了 FreeRTOS 任务。

有关在 C++ 中创建线程的示例，请参阅 cxx/pthread。

备注

std::jthread 的析构函数只能从线程 API 或 C++ 线程库 API 创建的任务中安全地调用。

异常处理

ESP-IDF 默认禁用对 C++ 异常处理的支持，可以用 CONFIG_COMPILER_CXX_EXCEPTIONS 选项启用该支持。

如果抛出了异常处理，却没有相应的 catch 块，程序将由 abort 函数终止，并打印回溯信息。有关回溯信息的更多信息，请参见严重错误。

C++ 异常处理应仅应用于异常情况，即意外情况及罕见情况，如发生频率低于 1% 的事件。请勿将 C++ 异常处理用于流程控制，详情请参阅下文的资源使用部分。有关使用 C++ 异常处理的更多详情，请参阅 ISO C++ FAQ 和 CPP 核心指南。

有关 C++ 异常处理的示例，请参阅 cxx/exceptions。

C++ 异常处理及所需资源

启用异常处理后，应用程序的二进制文件通常会增加几个 KB。

此外，可能需要为异常处理应急内存池保留一部分 RAM。如果无法从堆内存中分配异常处理对象，则会使用该池中的内存。

使用 CONFIG_COMPILER_CXX_EXCEPTIONS_EMG_POOL_SIZE 变量可以设置异常处理应急内存池的内存量。

当且仅当 C++ 异常抛出时，会使用额外的栈内存（约 200 字节），从而从栈内存顶部调用函数，启动异常处理。

使用 C++ 异常处理的代码的运行时间取决于运行时实际发生的情况。

如果没有抛出异常，则异常处理的代码运行速度会更快，因为无需检查错误代码。
如果抛出异常，异常处理代码的运行时间会比返回错误代码的代码长几个数量级。

如果抛出异常，解开栈代码的速度要比返回错误代码慢好几个数量级。所增加的运行时长取决于应用程序的要求和错误处理的实现方式（例如，是否需要用户输入或发送消息到云端）。因此，在实时关键的代码路径中，不应使用会抛出异常的代码。

运行时类型信息 (RTTI)

ESP-IDF 默认禁用对 RTTI 的支持，可以用 CONFIG_COMPILER_CXX_RTTI 选项启用该支持。

启用此选项，将以启用了 RTTI 支持的方式编译所有的 C++ 文件，并支持使用 dynamic_cast 转换和 typeid 运算符。启用此选项通常会增加几十 KB 的二进制文件大小。

有关在 ESP-IDF 中使用 RTTI 的示例，请参阅 cxx/rtti。

在 C++ 中进行开发

以下部分提供了在 C++ 中开发 ESP-IDF 应用程序的一些技巧。

组合 C 和 C++ 代码

当应用程序的不同部分使用 C 和 C++ 开发时，理解语言链接性的概念非常重要。

为了能够从 C 代码中调用 C++ 函数，该 C++ 函数必须使用 C 链接 (extern "C") 进行声明和定义：

// 在 .h 文件中声明：
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void my_cpp_func(void);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

// 在 .cpp 文件中进行定义：
extern "C" void my_cpp_func(void) {
    // ...
}

为了能够从 C++ 中调用 C 函数，该 C 函数必须使用 C 链接声明：

// 在 .h 文件中声明：
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void my_c_func(void);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

// 在 .c 文件中进行定义：
void my_c_func(void) {
    // ...
}

在 C++ 中定义 `app_main`

ESP-IDF 希望应用程序入口点 app_main 以 C 链接定义。当 app_main 在 .cpp 源文件中定义时，必须以 extern "C" 标识：

extern "C" void app_main()
{
}

指定初始化器

许多 ESP-IDF 组件会以配置结构体作为初始化函数的参数。用 C 编写的 ESP-IDF 示例通常使用指定初始化器，以可读且可维护的方式填充有关结构体。

C 和 C++ 语言对于指定初始化器有不同的规则。例如，C++23（当前在 ESP-IDF 中默认使用）不支持无序指定初始化、嵌套指定初始化、混合使用指定初始化器和常规初始化器，而对数组进行指定初始化。因此，当将 ESP-IDF 的 C 示例移植到 C++ 时，可能需要对结构体初始化器进行一些更改。详细信息请参阅 C++ aggregate initialization reference。

`iostream`

ESP-IDF 支持 iostream 功能，但应注意：

ESP-IDF 在构建过程中通常会删除未使用的代码。然而，在使用 iostreams 的情况下，仅在其中一个源文件包含 <iostream> 头文件就会使二进制文件增加大约 200 kB。
ESP-IDF 默认使用简单的非阻塞机制来处理标准输入流 (stdin)。要获得 std::cin 的常规行为，应用程序必须初始化 UART 驱动程序，并启用阻塞模式，详情请参阅 common_components/protocol_examples_common/stdin_out.c。

限制

链接脚本生成器不支持将具有 C++ 链接的函数单独放置在内存的特定位置。
当与模板函数一起使用时，会忽略各种节属性（例如 IRAM_ATTR）。
vtable 位于 flash 中，在禁用 flash 缓存时无法访问。因此，在 IRAM 安全中断处理程序中应避免调用虚拟函数。目前尚无法使用链接器脚本生成器调整 vtable 的放置位置。
不支持 C++ 文件系统 (std::filesystem) 功能。

注意事项

请勿在 C++ 中使用 setjmp/longjmp。longjmp 会在不调用任何析构函数的情况下盲目跳出堆栈，容易引起未定义的行为和内存泄漏。请改用 C++ 异常处理，这类程序可以确保正确调用析构函数。如果无法使用 C++ 异常处理，请使用其他替代方案（ setjmp/longjmp 除外），如简单的返回码。

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