Embedded Programme sind oft durch besondere Anforderungen gekennzeichnet. Sie haben oft nur wenig Speicher, zur Vermeidung einer Speicherfragmentierung darf kein Heap verwendet werden, sie müssen schnell und zuverlässig sein, usw. Diese Anforderungen werden oft in Regeln zusammengefaßt, wie z.B. den aus der Automobilindustrie stammenden AUTOSAR und MISRA Rules. Die für C++ zulässigen Sprachelemente werden auch als Embedded C++ bezeichnet.

Im März 2017 hat AUTOSAR „guidelines for the use of the C++14 language in critical and safety-related systems“ vorgestellt. Diese Regeln sind im Wesentlichen eine Aktualisierung der MISRA C++ Regeln von 2008 (auf der Basis des inzwischen veralteten C++03) auf den Stand von C++ 14, die bei vielen embedded C++ Anwendungen eingehalten werden müssen.

Da sich viele dieser Regeln auf Sprachelemente von C++11 und C++14 beziehen, werden diese Sprachelemente in diesem Seminar ausführlich vorgestellt.

Die Entwicklung der AUTOSAR Regeln ist aber noch nicht abgeschlossen: Im Januar 2019 hat Misra angekündigt, dass die Misra C++ und die Autosar Regeln zu einem gemeinsamen Regelwerk auf der Basis von C++17 zusammengefasst werden.

1. MISRA und AUTOSAR C++14

Die Zielsetzung von AUTOSAR C++14
Erlaubte C++-Funktionen in AUTOSAR C++14

2. Elementare Datentypen und Anweisungen – C++ vs C

2.1 Ganzzahl-Datentypen

Ganzzahl-Typen mit fester Breite
Trennzeichen für Zahlenliterale, binäre Literale
Typ-Ableitungen: Implizite Typzuweisungen mit auto
Implizite Konvertierungen und sichere Konvertierungen mit Initialisierungslisten
std::byte

2.2 Kontrollstrukturen und Funktionen

Bedingte Anweisungen und Schleifen
Initialisierungen in for if/switch
Funktionen
Bedingte Kompilation mit if constexpr
Wert- und Referenzparameter
Bibliotheken und namespaces verwenden
Default Argumente

2.3 Gleitkomma-Datentypen

2.4 Konstanten

Laufzeitkonstanten mit const
Compilezeit Konstanten mit constexpr
constexpr Funktionen
static_assert und unit tests zur Compilezeit

2.5 Synonyme für Datentypen mit typedef und using

2.6 Überladene Funktionen

Überladene Operatoren mit globalen Operatorfunktionen
Benutzerdefinierte Literale

2.7 Reihenfolge der Auswertung in Ausdrücken seit C++17

2.8 Aufzählungstypen

Schwach typisierte Aufzählungstypen (C/C++03)
enum Konstanten und Konversionen
Stark typisierte Aufzählungstypen (C++11)

2.9 Attribute

2.10 Der Visual Studio C++ Core Guidelines Checker

2.11 Module (C++20)

Die Standardbibliothek als Modul verwenden
Module definieren

3. String-Klassen: string, wstring etc.

Elementfunktionen der string Klasse
Raw string Literale
C++11 String-Konversionsfunktionen to_string, stoi usw.
C++17 String-Konversionsfunktionen: to_chars und from_chars
string_view – Strings zum Anschauen

4. Arrays und Container

Arrays im Stil von C
C++ Arrays: std::array
Dynamische Arrays des Typs std::vector
Die Initialisierung von Arrays bei ihrer Definition
Vorteile von std::array und std::vector gegenüber Arrays im Stil von C

5. Pointer und Smart Pointer

AUTOSAR 6.18.5: Dynamische Speicherverwaltung
Das nullptr Literal
Pointer Konversionen
C++11 Smart Pointer: shared_ptr, unique_ptr und weak_ptr
Gemeinsamkeiten von unique_ptr und shared_ptr
unique_ptr
shared_ptr
Deleter und smart pointer für Arrays

6. Objektorientierte Programmierung

Klassen, Datenelemente und Elementfunktionen

Datenkapselung: Die Zugriffsrechte private und public
Konstruktoren und Destruktoren
Initialisierungslisten für Argumente und Rückgabewerte
Initialisierungslisten als Parameters
Der Standardkonstruktor
Elementinitialisierer
Überladene Operatoren mit Elementfunktionen
Der Kopierkonstruktor und der Zuweisungsoperator
Explizit deleted und defaulted Funktionen mit =delete und =default
Konvertierende und explizite Konstruktoren
Static Klassenelemente
inline Variablen, vor allem static inline Datenelemente
Konstante Objekte und Elementfunktionen

Vererbung und Komposition

Konversionen zwischen public abgeleiteten Klassen
Mehrfachvererbung
Virtuelle Funktionen, späte Bindung und Polymorphie
Virtuelle Funktionen mit override in C++11
Rein virtuelle Funktionen und abstrakte Basisklassen
Interfaces und Mehrfachvererbung

R-Wert Referenzen und Move Semantik

7. namespaces

8. Exception Handling

try / catch und stack unwinding
RAII
noexcept

9. Templates

Generische Funktionen: Funktions-Templates

Die Deklaration von Funktions-Templates
Spezialisierungen von Funktions-Templates
Funktions-Templates mit Nicht-Typ Parametern
Explizit spezialisierte und überladene Templates

Generische Klassen: Klassen-Templates

Die Deklaration von Klassen-Templates
Spezialisierungen von Klassen-Templates
Klassen-Templates mit Nicht-Typ Parametern

10. Funktoren, Functionsobjekte und Lambda Ausdrücke

Der Aufrufoperator ()

Lambda-Ausdrücke

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

11. Polymorphe Memory Resourcen (pmr), STL Container und AUTOSAR C++14

Die Standard Allokatoren der STL Container

Tracking new und delete

Allokatoren und polymorphe memory Resourcen

Container mit einer monotonic_buffer_resource auf dem Stack oder global
Benchmarks: pmr-Container sind oft deutlich schneller
Allokatoren in C++17

Über „Embedded C++ und AUTOSAR C++ 14“

Zielgruppe

Software-Entwickler, die professionelle Programme für embedded Anwendungen mit C++ schreiben und dabei die AUTOSAR Regeln beachten wollen.

Vorkenntnisse: Gute C++-Kenntnisse.

Sprache: Deutsch oder Englisch

Unterrichtsstil

Vortrag mit vielen Beispielen, die das Wesentliche auf den Punkt bringen. Dabei wird auf einen ausgewogenes Verhältnis von Theorie und Praxis geachtet.

Zu Beginn eines neuen Themas wird zunächst ein Überblick über die Einsatzmöglichkeiten, Grundideen und die Syntax gegeben. Diese werden an sorgfältig ausgewählten und bewährten Beispielen illustriert.
Das Verständnis wird oft durch den Vergleich ähnlicher (auch älterer) Sprachelemente und ihrer Vor- und Nachteile vertieft. Dabei werden oft „best practises“ empfohlen.
Falls die Teilnehmer ihr Wissen selbständig vertiefen wollen: Das Manuskript enthält zahlreiche praxisnahe Übungsaufgaben. Auf Wunsch können nach vorheriger Absprache auch Aufgaben aus der Arbeit der Seminarteilnehmer behandelt werden.

Falls sich im Lauf des Seminars zeigt, dass Grundlagen bei den Teilnehmern fehlen oder weitere Themen gewünscht werden, kann die Agenda auch noch während des Seminars an die Wünsche der Teilnehmer angepasst werden.

Schulungsunterlagen

Ausführliche und detaillierte Schulungsunterlagen (ca. 200 Seiten) – Vollständiger Text, keine Powerpoint Folien, die nur Stichworte enthalten. Deshalb können die Kursunterlagen auch als Referenz bei der Arbeit verwendet werden.

Ort und Zeit, Online oder Präsenz

Dieses Seminar wird als Firmenseminar (inhouse) angeboten. Die Durchführung als Präsenzseminar wird bevorzugt, ist aber auch als Online-Seminar möglich. Termine nach Vereinbarung.

Dauer: 5 Tage

Öffentliche Seminare von Prof. Richard Kaiser finden Sie bei der Technischen Akademie Esslingen.

Dozent:

Prof. Richard Kaiser führt seit vielen Jahren Seminare für Firmen durch, vor allem über Software-Entwicklung und die Programmiersprachen C#, C++ und C. Er kennt die Anforderungen der Praxis und geht sowohl in den grundlegenden Konzepten als auch in den Einzelheiten detailliert darauf ein. Zu seinen Kunden gehören renommierte Weltkonzerne und kleine und mittelständische Unternehmen. Er ist der Verfasser mehrerer Bücher über C++, zuletzt „C++ mit Visual Studio 2019“. Er war viele Jahre Mitglied im DIN Normierungsausschuss Informationstechnik NI-22.

Bücher, C++ und C# Trainings für Programmierer

Embedded C++ und MISRA C++ 2023

Inhalte „Embedded C++ und MISRA C++ 2023“