Embedded C++17 Aufbaukurs

Dieser praxisorientierte Inhouse-Kurs richtet sich an Entwickler in Unternehmen, die den Umstieg von C oder älteren C++-Versionen auf C++17 planen und dabei die neuesten Werkzeuge und Best Practices kennenlernen möchten.

Dieser Aufbaukurs deckt zusammen mit dem Embedded C++ Grundkurs alle Themen ab, die für die Programmierung von embedded Anwendungen mit C++ wichtig sind.

Embedded Programme sind oft durch besondere Anforderungen gekennzeichnet. Sie haben oft eine spezielle Programmstruktur, zur Vermeidung einer Speicherfragmentierung darf kein Heap verwendet werden, sie müssen auf Interrupts reagieren, Anforderungen wie die MISRA Guidelines einhalten, usw.

Traditionellerweise werden embedded Programme oft in C geschrieben. Die Möglichkeiten von C sind aber heute oft nicht mehr ausreichend.

• In die neuen C++-Standards (C++11, C++14, C++17) wurden neue Sprachelemente aufgenommen, die zu schnellerem und kompakterem Code führen als die C-Alternativen.
• Das wichtigste Argument für C++ ist aber meist, dass embedded Programme immer komplexer und größer werden. Diese Komplexität ist mit den Mitteln von C oft nur noch schwer zu bewältigen. Hier bietet C++ enorme Vorteile, die Entwicklungskosten sparen und zur Zuverlässigkeit der Anwendungen beitragen.

Praktisch alle toolchains und Entwicklungsumgebungen für embedded Programme (STM32CubeIDE, Espressif, usw.) unterstützen inzwischen C++17.

Auch die früher vor allem C-orientierten MISRA Guidelines weisen auf die Vorteile von C++ hin: „Things move on, and now C++ is in the position once held by C„

Ziele des Seminars

In diesem Embedded C++ Aufbaukurs werden weiterführende Sprachelemente und -konzepte von C++ (Exception-Handling, Templates, die Standardbibliothek, Smart Pointer, Multithreading usw.) auf dem aktuellen Stand von C++17 (einschließlich C++11 und C++14) ausführlich vorgestellt. Diese C++-Themen werden ergänzt durch

• Zahlreiche Beispiele für gängige Mikrocontroller (STM32, ESP32, Raspberry Pi usw.), die ihre Einsatzmöglichkeiten für embedded Systeme zeigen.
• Best practises: Zusammen mit den Sprachelementen werden auch die MISRA C++ 2023 Guidelines für sicherheitsrelevante Systeme und die C++ Core Guidelines vorgestellt. Die Einhaltung dieser best practises wird oft empfohlen oder verlangt, um sicheren, wartbaren und leistungsfähigen C++-Code zu erhalten.
• Eine Einführung in die AI-Unterstützung bei der Programmierung mit Microsoft Copilot.

Zusätzlich wird ein Ausblick auf die wichtigsten Neuerungen in C++20 und C++23 gegeben, die in den nächsten gcc toolchains bald zur Verfügung stehen werden.

Zielgruppe

Dieser Kurs richtet sich an

• erfahrene Entwickler, die Embedded Anwendungen nach dem aktuellen Stand der Technik in C++17 schreiben möchten. Außerdem an
• Entscheidungsträger und Technologiemanager (Technische Leiter, Projektmanager usw.), die bewerten möchten, wie C++17 die Entwicklungsprozesse ihrer Teams optimieren kann.

Er wird oft als inhouse-Seminar durchgeführt, damit Firmen ihre Teams gemeinsam auf den neuesten Stand bringen können. Offene Seminare finden an der TAE (Technische Akademie Esslingen) statt.

Typische Anwendungsbereiche:

• Automotive, Luft- und Raumfahrt: Entwickler, die hohe Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit einhalten müssen.
• Industrieautomation: Programmierer von komplexen Steuerungs- und Überwachungssystemen.
• IoT und Smart Devices: Entwickler, die für moderne IoT-Geräte arbeiten, bei denen Speicher- und Leistungsoptimierungen entscheidend sind.
• Medizintechnik: Ingenieure, die sicherheitsrelevante und ressourcenschonende Software für medizinische Geräte entwickeln.

Voraussetzungen: Gute C Kenntnisse und gute C++ Kenntnisse im Umfang des Embedded C++ Grundkurs.

Inhalte

Die Inhalte dieses Kurses (hier ausführlich) können nach Absprache auf die besonderen Wünsche der Teilnehmer angepasst werden.

1. Embedded Systeme

• Einsatzbereiche und Besonderheiten
• Spezielle Anforderungen bei embedded Anwendungen
• C und C++ im Vergleich
• ESP32- und STM32-Boards

2. namespaces

• Die Definition und Verwendung von Namensbereichen

3. Exception-Handling

• try, catch, throw und stack unwinding
• Exceptions in der Standardbibliothek
• Die Freigabe von Ressourcen bei Exceptions (RAII)
• noexcept

4. Container der Standardbibliothek

• vector, sequentielle Container, Iteratoren
• Die bereichsbasierte for-Schleife
• Assoziative Container (set, map, multimap und Hash-Container)
• Zusammenfassungen von Datentypen (pair, tuple)
• std::optional und std::variant, Zustandsautomaten

5. Templates

• Funktions-Templates und Spezialisierungen
• Nicht-Typ-Parameter
• Rekursive Funktions-Templates und Variadische Templates
• Klassen-Templates
• Type Traits
• Typ-Inferenz
• Concepts

6. Polymorphe Memory Resourcen (pmr) und STL Container

• Die Standard Allokatoren der STL Container
• Tracking new und delete
• pmr-Allokatoren und polymorphe memory Resourcen
• Container mit einer monotonic_buffer_resource
• Benchmarks: pmr-Container sind oft deutlich schneller
• Allokatoren in C++17

7. Funktoren und Lambda-Ausdrücke

• Der Aufrufoperator ()
• Lambda-Ausdrücke

8. STL Algorithmen und Lambda Ausdrücke

• Linear Suchen, Zählen
• Suche nach Teilfolgen
• Mit all_of, any_of, none_of alle Elemente in einem Bereich prüfen
• Elemente transformieren und ersetzen
• Sortieren
• Binäre Suche in sortierten Containern
• Parallele Algorithmen der STL, z.B. std::sort
• Parallel for mit for_each
• std::reduce und std::transform_reduce 

9. Dateibearbeitung mit den Streamklassen