Embedded C++ Grundkurs

Inhalt “Embedded C++ Grundkurs”

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 MISRA Rules. Die für C++ zulässigen Sprachelemente werden auch als embedded C++ bezeichnet.

Traditionellerweise werden embedded Programme oft in C geschrieben. Mit der Weiterentwicklung der Compiler haben die meisten Sprachelemente von C++ heute in Bezug auf Codegröße und Geschwindigkeit keine Nachteile mehr gegenüber C.

  • Durch die neuen C++-Standards (C++ 11, C++ 14 und C++ 17) wurden neue Sprachelemente in C++ aufgenommen, die zu schnellerem und kleinerem Code führen als die C-Alternativen.
  • Eines der wichtigsten Argumente für C++ ist aber, 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.

Ziele des Seminars: In diesem Embedded C++ Grundkurs werden grundlegende Sprachelemente und -konzepte von C++ (z.B. Datentypen, Anweisungen, objektorientierte Programmierung) unter dem Gesichtspunkt der besonderen Anforderungen an embedded Systeme vorgestellt und mit C-Alternativen verglichen. Ein Schwerpunkt liegt auf den neuen Sprachelementen von C++ 11, C++ 14 und C++ 17, die für embedded Systeme viele Vorteile haben. Zusammen mit den Sprachelementen werden auch die AUTOSAR C++14 und MISRA Regeln für sicherheitsrelevante Systeme vorgestellt.

1. Embedded Systeme

  • Einsatzbereiche und Besonderheiten
  • Spezielle Anforderungen bei Embedded Anwendungen

2. C und C++ im Vergleich

3. Elementare Datentypen und Anweisungen

3.1 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

3.2 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

3.3 Gleitkomma-Datentypen

3.4 Konstanten

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

3.5 Synonyme für Datentypen mit typedef und using

3.6 Überladene Funktionen

  • Überladene Operatoren mit globalen Operatorfunktionen
  • Benutzerdefinierte Literale

3.7 Reihenfolge der Auswertung in Ausdrücken seit C++17

3.8 Aufzählungstypen

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

3.9 Attribute

3.10 Der Visual Studio C++ Core Guidelines Checker

3.11 Module (C++20)

  • Die Standardbibliothek als Modul verwenden
  • Module definieren

4. 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

5. 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

6. Pointer und Smart Pointer

  1. AUTOSAR 6.18.5: Dynamische Speicherverwaltung
  2. Das nullptr Literal
  3. Pointer Konversionen
  4. C++11 Smart Pointer: shared_ptr, unique_ptr und weak_ptr
  5. Gemeinsamkeiten von unique_ptr und shared_ptr
  6. unique_ptr
  7. shared_ptr
  8. Deleter und smart pointer für Arrays

7. Objektorientierte Programmierung

7.1 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

7.2 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

7.3 R-Wert Referenzen und Move Semantik

Über den “Embedded C++ Grundkurs”

Zielgruppe

Software-Entwickler, die professionelle Programme für embedded Anwendungen mit C++ schreiben wollen. Dieser Kurs ist vor allem für erfahrene embedded C-Programmierer konzipiert, die auf C++ umsteigen wollen.

Voraussetzungen: 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

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.

Der 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.

 

Kontakt Prof. Richard Kaiser