Go与C在嵌入式应用开发中的对比

尽管这种选择带有一定的主观性，但Go确实是一种非常高效的嵌入式开发语言，尤其是涉及到网络编程时。网络编程在某些时候是遍布每个连接的设备或应用程序的。Go语言由Google创建，起初是为了满足Google开发人员的需求，用于面对其生态系统中爆炸式增长的复杂性。因此，GO语言自面世就遵循了高效编译、高效执行和易于编程这三个原则，这是它较之其他主流语言的优势。

但是，需要强调的是，Go并不能被视为C语言的替代品。很多时候C语言仍是无可替代的，例如实时操作系统和设备驱动程序的开发。

嵌入式开发的严格要求

建立架构后，Mender产品工程团队开始评估哪种语言最适合开发 Mender应用程序。该系统由两部分组成：一是在嵌入式设备上运行的客户端，二是连接各客户端的中心服务器。因此，对该语言有以下几个要求：

• 客户端应用程序运行于嵌入式设备之上，要求编译的二进制文件尽可能地小；
• 能够与Linux的嵌入式发行版本Yocto兼容。
• 客户端要易于安装，不需要依赖外部项和库。
• 由于需要在不同的设备上运行，故该语言须具备跨体系结构编译能力。
• Mender客户端应用程序运行的设备会是IoT或网络设备，因此该语言需要具备访问网络库能力。

此外还有一些非功能性要求：

• 此语言能被部门大多数程序员理解掌握；
• 尽可能无难度地实现与现有的C语言编写的应用程序之间共享和重用已有代码，客户端和服务器应用程序之间亦可重用代码。
• 还要考虑开发速度——团队时刻面临着快速添加新功能的需求和压力。

Go、C 和 C++的比较如图 1 所示。Go之所以被选择，主要是由于它支持缓冲区溢出保护、自动内存管理、使用标准数据容器，以及对JSON、HTTP和SSL/TLS库的集成支持。

图 1：Go、C 和 C++的功能表比较

评估团队使用Yocto创建一个完善的定制Linux映像，比较了原始的映像体积较之具有网络堆栈的映像体积，以及最终应用程序写入映像的方式。在这一评估过程中，Go是可以与C，C++和C++ / Qt相媲美的。由于Go应用程序可以静态编译为单个二进制文件，因此它并不需要任何额外的虚拟环境（比如Java除了二进制文件之外还需要虚拟机），Go代码在设备上运行也不需要依赖其他项。

图 2：Go 与其他编程语言进行比较

比较GO和C

选中Go语言进行开发，还源于它极其丰富的标准库。这一优势有助于开发进程的加快，特别是与C语言相比。Go语言从C、C++和Python继承了许多元素，包括表达式语句，控制流语句，数据结构，接口，指针，引用传递概念，参数解析语法，字符串处理和垃圾回收机制。凭借其优化的编译器，Go 可在嵌入式设备上实现代码本地运行。

当然，Go语言不可避免的会有一些缺点，后面也将提及。但瑕不掩瑜，这并不影响Go语言明显的优势，比如在开发速度和语言构建方面的便利性。这些对于评估团队的选择也有所影响，下面逐一来看。

Go和C代码体积比较

在代码体积方面，Go不如C轻便，这是它为数不多的缺点之一。以最简单的应用程序“hello world”为例，在Go使用内置printIn函数编写，去除调试符号后，它的大小为刚刚超过600KB（代码段1）。如果将fmt包及其依赖项包括在内，则大小将增至 1.5 MB（代码段 2）。

与之相比较，使用C语言的话，如果是构建一个动态链接库，则它的大小只有8KB。但如果使用静态链接库，则大小将增加到800 KB以上，比较令人意外的是它比Go二进制文件（代码段3）还要大。

代码段1：最基本的 Go语言 “hello world” 代码：

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

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

代码段2：标准的Go语言“hello world” 代码：

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

代码段3：C语言“hello world” 代码：

#include  
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与C的运行速度比较

编译后的Go代码运行起来通常会比C语言的可执行文件慢。Go是具备完全垃圾收集机制的，生来就影响了运行速度。使用C语言时可以精确地指定为变量分配的内存的位置，可以具体到该变量是在栈上还是在堆上；而使用Go时，编译器会自动处理将变量分配在何处。程序员可以看到变量的分配位置 （go build -gcflags -m），但不能强制编译器仅使用摸个位置比如栈。

但是，速度不是仅限于上述，还要考虑到编译速度和开发速度。Go提供了极快的编译速度。比如，15，000行代码Go客户端仅需1.4秒就能编译完毕。并且，Go是为并发执行（goroutines和channels）而设计的，前面阐述过的丰富的标准库能够涵盖大部分基本需求，因此有利于程序员开发速度加快。

编译和交叉编译

有两种编译器可供程序员选择使用：原始编译器叫做gc ,默认安装程序自带，由Google编写和维护。第二种叫做gccgo,是GCC的前端。gccgo使用起来编译速度极快，大型模块通常几秒钟就可以编译完毕。如前所述，Go默认是以静态库编译，这样就可以无需额外依赖项或虚拟机创建单个二进制文件。可以使用-linkshared标志创建和使用共享库。通常，Go不需要构建文件，如需构建则可通过使用简单的“go build”命令执行，高级复杂的构建可以使用Makefile。这里是在Mender使用的Makefile。

除此之外，Go在交叉编译方面支持众多操作系统和架构。图 3 示例了 Go 支持的各种操作系统和平台。

图3  Go 支持的各种操作系统和平台

在 Go 中调试和测试

许多开发人员使用GDB监视程序执行情况。对于高并发Go应用程序，使用GDB调试时会出现一些问题。万幸的是，一个名为 Delve 的专用Go调试器是可以完美使用的，确保了即使是只会使用GDB的开发人员大多数情形下也能轻松调试。

Go代码中添加测试和单元测试十分简单，测试是内置在Go语言中的——只需创建一个带有“test”后缀的文件，为函数添加测试前缀，导入测试包，然后运行“go test”。所有测试就将自动从源中获取并相应执行。

并发支持

Go语言对并发支持特别友好。它有两个内置调度机制：goroutines和channels。goroutines是轻量级线程，仅仅2 kB。创建非常容易：只需要在函数前面添加“go”关键字，它就会同时执行。Go有自己的内部调度器，可以根据需要将goroutines多路复用到OS线程中。channels是用于在 goroutine 之间交换消息的“管道”，可以是阻塞的，也可以是通行的。

静态和动态库：Go语言中的的 C 代码

Go有许多鲜为人知的功能，允许程序员使用特殊标志将指令发送给编译器、连接器和工具链的其他部分。其中包括-buildmode和-linkshared标志，二者皆可用于为Go和C代码段创建并使用静态和动态库。通过特定标志的组合，程序员可以使用生成的C语言头文件创建静态或动态库，这些头文件以后可由C代码调用。

是的，没错！使用Go，可以调用C代码并拥有两全其美的功能。Go发行版包含一个工具名为cgo，可以执行C代码，这使得重用程序员自己的或系统的C库成为可能。实际上，Cgo以及C系统库的间接引用是十分常见的。某些情况下，标准C库例程就是由Go语言构造语法本身从Go实例中选取。

例如，在Unix系统上使用网络包时，很有可能会选择基于cgo的解析器。它会调用C库例程 （ getaddrinfo和 getnameinfo）来解析无法使用本机Go解析器的名称（例如在 OS X上直接 DNS 调用被禁用时）；另一种常见情况则是使用系统/用户程序包时。如果想跳过构建cgo部件，程序员可以通过osusergo和netgo标记 （go build -tags osusergo,netgo）或使用CGO_ENABLED=0变量完全禁用 cgo。

将C和Go混合在一起时，还需要注意一些比较棘手的事情。由于Go是有垃圾回收机制的而 C不是，所以如果在Go代码中使用了任何分配在C代码堆栈上的C变量，都必须在 Go 中声明释放。

通过使用接口生成工具（SWIG）来实现，C++也可以在Go代码中使用。SWIGC能够将Go与C++以及Python等语言融合在一起。

Go的优点大于缺陷

从以往的经验可以得出Go既有优点也有缺陷。就负面因素来讲，社区中有很多外部库，但良莠不齐，需要非常小心辨别使用。随着Go语言的成熟和广泛采用，这种情况正在迅速改善。

此外，当Go代码中存在一些C绑定时，事情通常会变得更为复杂，尤其是交叉编译，如果不导入整个C交叉编译基础结构，就难以完成。

总体而言，使用Go进行嵌入式开发还是有很多优点的。从C或Python（或二者兼有）过渡到Go并在短期内使用是快速简单而可行的。Go语言提供了非常优秀的工具和一个包含100多个软件包的标准库。程序员可以轻松控制和设置运行参数，例如，要使用的操作系统线程数（GOMAXPROCS），打开或关闭垃圾回收 （GOGC=off）等。库以及代码可以在服务器和客户端开发团队之间轻松共享，就像文中提及的实例那样。

这样说可能会引起争论，但一致的编码标准事实上加快了开发速度。无论程序员要检查的代码是什么，它看起来是一致的。无需耗费时间在思考使用哪种编码标准上。

工程师们开发了一些嵌入式Go应用程序的演示，可以应用在新兴设备上（例如Beaglebone Black或Raspberry Pi）：其中一个名为“恒温器”，基于Beaglebone硬件，使用红外距离、温度和湿度传感器，并可以通过 Web界面读取所有传感器读数；还有一个是基于PRi的机器人汽车，带有摄像头，可以通过Web界面进行控制。喜欢就去享受吧！

译者介绍

张哲刚，51CTO社区编辑，系统运维工程师，国内较早一批硬件评测及互联网从业者，曾入职阿里巴巴。十余年IT项目管理经验，具备复合知识技能，曾参与多个网站架构设计、电子政务系统开发，主导过某地市级招生考试管理平台运维工作。

原文​​Comparing Go vs. C in embedded applications​​，作者：Marcin Pasinski