迫在眉睫的交付期限，不切實(shí)際的進(jìn)度計(jì)劃，無(wú)休止的按時(shí)開發(fā)并發(fā)布應(yīng)用程序的壓力，并且還要保證質(zhì)量。是不是很熟悉的感覺？對(duì)于嵌入式開發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，盡快實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用程序的發(fā)布是一個(gè)很重要的事項(xiàng)。那么，有沒有一個(gè)捷徑既能快速交付應(yīng)用程序，同時(shí)又能優(yōu)先確保應(yīng)用質(zhì)量和安全性呢？在這一思路下，OTA軟件更新管理軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì) Mender.io，就Mender的嵌入式客戶端和服務(wù)器端部分的開發(fā),做了一個(gè)最佳編程軟件評(píng)估，Go、C和C++入圍。最終，Go被選中。下面，通過評(píng)估過程中優(yōu)劣判斷對(duì)比，分析一下Go能夠勝出的原因。

盡管這種選擇帶有一定的主觀性，但Go確實(shí)是一種非常高效的嵌入式開發(fā)語(yǔ)言，尤其是涉及到網(wǎng)絡(luò)編程時(shí)。網(wǎng)絡(luò)編程在某些時(shí)候是遍布每個(gè)連接的設(shè)備或應(yīng)用程序的。Go語(yǔ)言由Google創(chuàng)建，起初是為了滿足Google開發(fā)人員的需求，用于面對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)中爆炸式增長(zhǎng)的復(fù)雜性。因此，GO語(yǔ)言自面世就遵循了高效編譯、高效執(zhí)行和易于編程這三個(gè)原則，這是它較之其他主流語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。

但是，需要強(qiáng)調(diào)的是，Go并不能被視為C語(yǔ)言的替代品。很多時(shí)候C語(yǔ)言仍是無(wú)可替代的，例如實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。

嵌入式開發(fā)的嚴(yán)格要求

建立架構(gòu)后，Mender產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)開始評(píng)估哪種語(yǔ)言最適合開發(fā) Mender應(yīng)用程序。該系統(tǒng)由兩部分組成：一是在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行的客戶端，二是連接各客戶端的中心服務(wù)器。因此，對(duì)該語(yǔ)言有以下幾個(gè)要求：

• 客戶端應(yīng)用程序運(yùn)行于嵌入式設(shè)備之上，要求編譯的二進(jìn)制文件盡可能地??；
• 能夠與Linux的嵌入式發(fā)行版本Yocto兼容。
• 客戶端要易于安裝，不需要依賴外部項(xiàng)和庫(kù)。
• 由于需要在不同的設(shè)備上運(yùn)行，故該語(yǔ)言須具備跨體系結(jié)構(gòu)編譯能力。
• Mender客戶端應(yīng)用程序運(yùn)行的設(shè)備會(huì)是IoT或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因此該語(yǔ)言需要具備訪問網(wǎng)絡(luò)庫(kù)能力。

此外還有一些非功能性要求：

• 此語(yǔ)言能被部門大多數(shù)程序員理解掌握；
• 盡可能無(wú)難度地實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的C語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序之間共享和重用已有代碼，客戶端和服務(wù)器應(yīng)用程序之間亦可重用代碼。
• 還要考慮開發(fā)速度——團(tuán)隊(duì)時(shí)刻面臨著快速添加新功能的需求和壓力。

Go、C 和 C++的比較如圖 1 所示。Go之所以被選擇，主要是由于它支持緩沖區(qū)溢出保護(hù)、自動(dòng)內(nèi)存管理、使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)容器，以及對(duì)JSON、HTTP和SSL/TLS庫(kù)的集成支持。

圖 1：Go、C 和 C++的功能表比較

評(píng)估團(tuán)隊(duì)使用Yocto創(chuàng)建一個(gè)完善的定制Linux映像，比較了原始的映像體積較之具有網(wǎng)絡(luò)堆棧的映像體積，以及最終應(yīng)用程序?qū)懭胗诚竦姆绞?。在這一評(píng)估過程中，Go是可以與C，C++和C++ / Qt相媲美的。由于Go應(yīng)用程序可以靜態(tài)編譯為單個(gè)二進(jìn)制文件，因此它并不需要任何額外的虛擬環(huán)境（比如Java除了二進(jìn)制文件之外還需要虛擬機(jī)），Go代碼在設(shè)備上運(yùn)行也不需要依賴其他項(xiàng)。

圖 2：Go 與其他編程語(yǔ)言進(jìn)行比較

比較GO和C

選中Go語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，還源于它極其豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。這一優(yōu)勢(shì)有助于開發(fā)進(jìn)程的加快，特別是與C語(yǔ)言相比。Go語(yǔ)言從C、C++和Python繼承了許多元素，包括表達(dá)式語(yǔ)句，控制流語(yǔ)句，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，接口，指針，引用傳遞概念，參數(shù)解析語(yǔ)法，字符串處理和垃圾回收機(jī)制。憑借其優(yōu)化的編譯器，Go 可在嵌入式設(shè)備上實(shí)現(xiàn)代碼本地運(yùn)行。

當(dāng)然，Go語(yǔ)言不可避免的會(huì)有一些缺點(diǎn)，后面也將提及。但瑕不掩瑜，這并不影響Go語(yǔ)言明顯的優(yōu)勢(shì)，比如在開發(fā)速度和語(yǔ)言構(gòu)建方面的便利性。這些對(duì)于評(píng)估團(tuán)隊(duì)的選擇也有所影響，下面逐一來(lái)看。

Go和C代碼體積比較

在代碼體積方面，Go不如C輕便，這是它為數(shù)不多的缺點(diǎn)之一。以最簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序“hello world”為例，在Go使用內(nèi)置printIn函數(shù)編寫，去除調(diào)試符號(hào)后，它的大小為剛剛超過600KB（代碼段1）。如果將fmt包及其依賴項(xiàng)包括在內(nèi)，則大小將增至 1.5 MB（代碼段 2）。

與之相比較，使用C語(yǔ)言的話，如果是構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，則它的大小只有8KB。但如果使用靜態(tài)鏈接庫(kù)，則大小將增加到800 KB以上，比較令人意外的是它比Go二進(jìn)制文件（代碼段3）還要大。

代碼段1：最基本的 Go語(yǔ)言 “hello world” 代碼：

package main 
func main() {
    println("hello world")
}

$ go build 
      > 938K
$ go build -ldflags ‘-s -w’ 
      > 682K 
$ go build & strip 
      > 623K   

代碼段2：標(biāo)準(zhǔn)的Go語(yǔ)言“hello world” 代碼：

package main
import "fmt" 
func main() { 
   fmt.Println("hello world") 
}
$ go build 
> 1,5M

代碼段3：C語(yǔ)言“hello world” 代碼：

#include <stdio.h> 
int main(void)
{ 
  printf("hello world\n"); 
  return 0; 
}
$ gcc main.c 
> 8,5K 
$ ldd a.out 
> linux-vdso.so.1 
> libc.so.6 
> /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 
$ gcc -static main.c 
> 892K 
$ gcc -static main.c & strip 
> 821K

Go與C的運(yùn)行速度比較

編譯后的Go代碼運(yùn)行起來(lái)通常會(huì)比C語(yǔ)言的可執(zhí)行文件慢。Go是具備完全垃圾收集機(jī)制的，生來(lái)就影響了運(yùn)行速度。使用C語(yǔ)言時(shí)可以精確地指定為變量分配的內(nèi)存的位置，可以具體到該變量是在棧上還是在堆上；而使用Go時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)處理將變量分配在何處。程序員可以看到變量的分配位置 （go build -gcflags -m），但不能強(qiáng)制編譯器僅使用摸個(gè)位置比如棧。

但是，速度不是僅限于上述，還要考慮到編譯速度和開發(fā)速度。Go提供了極快的編譯速度。比如，15，000行代碼Go客戶端僅需1.4秒就能編譯完畢。并且，Go是為并發(fā)執(zhí)行（goroutines和channels）而設(shè)計(jì)的，前面闡述過的豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)能夠涵蓋大部分基本需求，因此有利于程序員開發(fā)速度加快。

編譯和交叉編譯

有兩種編譯器可供程序員選擇使用：原始編譯器叫做gc ,默認(rèn)安裝程序自帶，由Google編寫和維護(hù)。第二種叫做gccgo,是GCC的前端。gccgo使用起來(lái)編譯速度極快，大型模塊通常幾秒鐘就可以編譯完畢。如前所述，Go默認(rèn)是以靜態(tài)庫(kù)編譯，這樣就可以無(wú)需額外依賴項(xiàng)或虛擬機(jī)創(chuàng)建單個(gè)二進(jìn)制文件。可以使用-linkshared標(biāo)志創(chuàng)建和使用共享庫(kù)。通常，Go不需要構(gòu)建文件，如需構(gòu)建則可通過使用簡(jiǎn)單的“go build”命令執(zhí)行，高級(jí)復(fù)雜的構(gòu)建可以使用Makefile。這里是在Mender使用的Makefile。

除此之外，Go在交叉編譯方面支持眾多操作系統(tǒng)和架構(gòu)。圖 3 示例了 Go 支持的各種操作系統(tǒng)和平臺(tái)。

圖3  Go 支持的各種操作系統(tǒng)和平臺(tái)

在 Go 中調(diào)試和測(cè)試

許多開發(fā)人員使用GDB監(jiān)視程序執(zhí)行情況。對(duì)于高并發(fā)Go應(yīng)用程序，使用GDB調(diào)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問題。萬(wàn)幸的是，一個(gè)名為 Delve 的專用Go調(diào)試器是可以完美使用的，確保了即使是只會(huì)使用GDB的開發(fā)人員大多數(shù)情形下也能輕松調(diào)試。

Go代碼中添加測(cè)試和單元測(cè)試十分簡(jiǎn)單，測(cè)試是內(nèi)置在Go語(yǔ)言中的——只需創(chuàng)建一個(gè)帶有“test”后綴的文件，為函數(shù)添加測(cè)試前綴，導(dǎo)入測(cè)試包，然后運(yùn)行“go test”。所有測(cè)試就將自動(dòng)從源中獲取并相應(yīng)執(zhí)行。

并發(fā)支持

Go語(yǔ)言對(duì)并發(fā)支持特別友好。它有兩個(gè)內(nèi)置調(diào)度機(jī)制：goroutines和channels。goroutines是輕量級(jí)線程，僅僅2 kB。創(chuàng)建非常容易：只需要在函數(shù)前面添加“go”關(guān)鍵字，它就會(huì)同時(shí)執(zhí)行。Go有自己的內(nèi)部調(diào)度器，可以根據(jù)需要將goroutines多路復(fù)用到OS線程中。channels是用于在 goroutine 之間交換消息的“管道”，可以是阻塞的，也可以是通行的。

靜態(tài)和動(dòng)態(tài)庫(kù)：Go語(yǔ)言中的的 C 代碼

Go有許多鮮為人知的功能，允許程序員使用特殊標(biāo)志將指令發(fā)送給編譯器、連接器和工具鏈的其他部分。其中包括-buildmode和-linkshared標(biāo)志，二者皆可用于為Go和C代碼段創(chuàng)建并使用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)庫(kù)。通過特定標(biāo)志的組合，程序員可以使用生成的C語(yǔ)言頭文件創(chuàng)建靜態(tài)或動(dòng)態(tài)庫(kù)，這些頭文件以后可由C代碼調(diào)用。

是的，沒錯(cuò)！使用Go，可以調(diào)用C代碼并擁有兩全其美的功能。Go發(fā)行版包含一個(gè)工具名為cgo，可以執(zhí)行C代碼，這使得重用程序員自己的或系統(tǒng)的C庫(kù)成為可能。實(shí)際上，Cgo以及C系統(tǒng)庫(kù)的間接引用是十分常見的。某些情況下，標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)例程就是由Go語(yǔ)言構(gòu)造語(yǔ)法本身從Go實(shí)例中選取。

例如，在Unix系統(tǒng)上使用網(wǎng)絡(luò)包時(shí)，很有可能會(huì)選擇基于cgo的解析器。它會(huì)調(diào)用C庫(kù)例程 （ getaddrinfo和 getnameinfo）來(lái)解析無(wú)法使用本機(jī)Go解析器的名稱（例如在 OS X上直接 DNS 調(diào)用被禁用時(shí)）；另一種常見情況則是使用系統(tǒng)/用戶程序包時(shí)。如果想跳過構(gòu)建cgo部件，程序員可以通過osusergo和netgo標(biāo)記 （go build -tags osusergo,netgo）或使用CGO_ENABLED=0變量完全禁用 cgo。

將C和Go混合在一起時(shí)，還需要注意一些比較棘手的事情。由于Go是有垃圾回收機(jī)制的而 C不是，所以如果在Go代碼中使用了任何分配在C代碼堆棧上的C變量，都必須在 Go 中聲明釋放。

通過使用接口生成工具（SWIG）來(lái)實(shí)現(xiàn)，C++也可以在Go代碼中使用。SWIGC能夠?qū)o與C++以及Python等語(yǔ)言融合在一起。

Go的優(yōu)點(diǎn)大于缺陷

從以往的經(jīng)驗(yàn)可以得出Go既有優(yōu)點(diǎn)也有缺陷。就負(fù)面因素來(lái)講，社區(qū)中有很多外部庫(kù)，但良莠不齊，需要非常小心辨別使用。隨著Go語(yǔ)言的成熟和廣泛采用，這種情況正在迅速改善。

此外，當(dāng)Go代碼中存在一些C綁定時(shí)，事情通常會(huì)變得更為復(fù)雜，尤其是交叉編譯，如果不導(dǎo)入整個(gè)C交叉編譯基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，就難以完成。

總體而言，使用Go進(jìn)行嵌入式開發(fā)還是有很多優(yōu)點(diǎn)的。從C或Python（或二者兼有）過渡到Go并在短期內(nèi)使用是快速簡(jiǎn)單而可行的。Go語(yǔ)言提供了非常優(yōu)秀的工具和一個(gè)包含100多個(gè)軟件包的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。程序員可以輕松控制和設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，例如，要使用的操作系統(tǒng)線程數(shù)（GOMAXPROCS），打開或關(guān)閉垃圾回收 （GOGC=off）等。庫(kù)以及代碼可以在服務(wù)器和客戶端開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間輕松共享，就像文中提及的實(shí)例那樣。

這樣說(shuō)可能會(huì)引起爭(zhēng)論，但一致的編碼標(biāo)準(zhǔn)事實(shí)上加快了開發(fā)速度。無(wú)論程序員要檢查的代碼是什么，它看起來(lái)是一致的。無(wú)需耗費(fèi)時(shí)間在思考使用哪種編碼標(biāo)準(zhǔn)上。

工程師們開發(fā)了一些嵌入式Go應(yīng)用程序的演示，可以應(yīng)用在新興設(shè)備上（例如Beaglebone Black或Raspberry Pi）：其中一個(gè)名為“恒溫器”，基于Beaglebone硬件，使用紅外距離、溫度和濕度傳感器，并可以通過 Web界面讀取所有傳感器讀數(shù)；還有一個(gè)是基于PRi的機(jī)器人汽車，帶有攝像頭，可以通過Web界面進(jìn)行控制。喜歡就去享受吧！

譯者介紹

張哲剛，51CTO社區(qū)編輯，系統(tǒng)運(yùn)維工程師，國(guó)內(nèi)較早一批硬件評(píng)測(cè)及互聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者，曾入職阿里巴巴。十余年IT項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，具備復(fù)合知識(shí)技能，曾參與多個(gè)網(wǎng)站架構(gòu)設(shè)計(jì)、電子政務(wù)系統(tǒng)開發(fā)，主導(dǎo)過某地市級(jí)招生考試管理平臺(tái)運(yùn)維工作。

原文標(biāo)題：??Comparing Go vs. C in embedded applications??，作者：Marcin Pasinski