03在ESP-IDF中使用C++面向对象编程

在ESP-IDF中使用C和C++进行混合编译

ESP-IDF是Espressif Systems开发的官方IoT开发框架，用于编程和开发ESP32系列的微控制器。虽然ESP-IDF主要使用C语言编写，但它也支持使用C++进行开发

为什么要进行混合编译？

C++是一种功能强大的编程语言，它提供了许多C语言不具备的特性，如类（对象导向编程）、异常处理、函数重载等。然而，C语言在嵌入式系统开发中仍然占据主导地位，因为它更接近硬件，运行效率高，且占用资源少。

因此，混合编译允许开发者在同一个项目中利用C++的高级特性和C的效率。例如，你可以在C++中编写面向对象的代码，用于处理复杂的逻辑和数据结构，同时在C中编写底层的硬件操作代码。

如何进行混合编译？

在ESP-IDF中进行混合编译主要涉及到两个方面：源文件的组织和链接性的处理。

源文件的组织

在ESP-IDF项目中，源文件通常按照组件（component）来组织。每个组件都有自己的目录，包含了该组件的源文件和头文件，以及一个CMakeLists.txt文件，用于告诉CMake如何编译这些源文件。

在一个混合编译的项目中，你可以有一些组件是用C编写的，一些组件是用C++编写的。例如，你可以有一个用C编写的LED组件，用于控制LED的亮度和颜色，同时有一个用C++编写的KEY组件，用于初始化和扫描按键键值。

用一个按键控制LED的项目举例，下面是这个项目的文件构成

在这里插入图片描述
main.cpp，LED.c，LED.h，KEY.cpp，KEY.h是我们项目中需要编译链接的文件，它们和CMakeLists.txt的文件结构如下

02KEY
components
LED
LED.c
LED.h

KEY
KEY.cpp
KEY.h

CMakeLists.txt

main
main.cpp
CMakeLists.txt

components组件下的.cpp/,c和.h

components文件下的CMakeLists.txt指定了该组件的源文件、头文件目录和依赖项。将 LED/LED.c 和KEY/KEY.cpp文件作为源文件，LED 和 KEY目录作为头文件目录，并将 driver 组件作为依赖项（driver组件是在项目中用到的，所以要将它加入到依赖项）。

idf_component_register(SRCS "LED/LED.c" "KEY/KEY.cpp"INCLUDE_DIRS "LED" "KEY"REQUIRES driver
)

main文件下的main.c

第一步
将main文件夹下的main.c重命名为main.cpp

第二步
main文件下的CMakeLists.txt同样只需要将main.c改为main.cpp即可

项目创建自动生成的：

idf_component_register(SRCS "main.c"INCLUDE_DIRS ".")

修改之后的

idf_component_register(SRCS "main.cpp"INCLUDE_DIRS ".")

链接性的处理

当C和C++代码在同一个项目中混合使用时，一个重要的问题是链接性（linkage）。链接性决定了一个符号（如函数或变量）在链接时如何被处理。C++支持函数重载，因此在编译后，C++函数的名字会被修饰（mangled）以表示它们的参数类型。然而，C语言没有这个特性，因此C函数的名字在编译后保持不变。

为了解决这个问题，C++提供了extern "C"这个关键字，用于声明一个符号使用C链接。当C++编译器看到extern "C"时，它会知道后面的代码应该按照C的规则来处理，因此不会对函数名进行修饰。

在ESP-IDF中，如果你有一个C++组件需要调用C组件的函数，你可以在C++代码中这样声明C函数：

extern "C" void led_set(int date);

同样，如果你有一个C组件需要调用C++组件的函数，需要在C代码中声明C++函数：

extern void led_read(void);

注意，C代码中不需要使用extern "C"，因为C编译器不支持这个关键字。

下面我们继续拿刚刚按键控制LED的项目举例

以下是main.cpp，LED.c，LED.h，KEY.cpp，KEY.h文件的处理方式：

main.cpp：在这个文件中，我们了包含LED.h和KEY.h。而void app_main(void)是ESP-IDF为我们提供的主程序，我们需要使用extern "C"来声明这个主程序
```
#include "LED.h"
#include "KEY.h"extern "C" void app_main(void){
//程序实现-----
}
```
LED.c和LED.h：这两个文件应该是C语言编写的，所以我们不需要做任何特殊的处理。

KEY.cpp和KEY.h：这两个文件是C++编写的。在KEY.h中，我们使用extern "C"来包含类定义的所有内容。在KEY.cpp中，需要使用extern "C"来定义这些成员函数

KEY.h

// KEY.h
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endifclass Key {
public：// 构造函数Key(gpio_num_t pin);
}#ifdef __cplusplus
}
#endif

KEY.cpp

// KEY.cpp#include "KEY.h"extern "C" Key::Key(gpio_num_t pin): pin(pin) {// ...}

注意注意类的成员函数不要使用inline(内联)要不然.h和.cpp文件可能会无法链接到，我就踩了这个坑😭😭一直以为是CMake写的不对，所以链接不上捣鼓了一天，最后都准备要把ESP-IDF给卸载重装了，在卸载前我还是不信邪，我把程序发给ChatGPT问它有什么问题，好家伙ChatGPT直接点出了问题所在，类的成员函数在类外定义时我用了inline导致的.h和.cpp链接不到，好在解决了，怎么没早点想到让ChatGPT排查错误呢😂😂，学到了，学到了，大家遇到什么问题记得问问AI真的有奇效。