Grundlagen der C++ - Programmierung für das MiniBoard von qfix 1

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1 (16C++qfix.docx) Schich, Seminar Tübingen, C++ für qfix Seite 1 von 5 Grundlagen der C++ - Programmierung für das MiniBoard von qfix 1 Vom Quelltext zum ausführbaren Programm Editor Die Programme für die Controllerboards von qfix robotics GmbH werden mit einer leicht eingeschränkten Version der objektorientierten Programmiersprache C++ erstellt. Sie werden mit dem Texteditor, der von qfix im Programmers Notepad (Start Ä Alle Programme Ä qfix software V1.4 Ä Programmers Notepad) zur Verfügung gestellt wird, erstellt. Es handelt sich um ein komfortables Entwicklungswerkzeug, das bereits bei der Eingabe den Text je nach Schlüsselwörtern, Zeichenketten, Zahlen, mit unterschiedlichen Schrifttypen und Farben darstellt ( Syntax Highlighting ). Dadurch können bereits bei der Eingabe erste Syntaxfehler bemerkt werden. Diese Syntax bezogene Darstellung erfolgt aber nur am Bildschirm. Das Quellprogramm ist eine reine ASCII Textdatei. Speichert man das Quellprogramm lediglich unter einem Namen ab, wird es als reine Textdatei abgelegt und kann von der qfix-software nicht weiter verarbeitet werden. Speichern Sie die Datei unbedingt mit der Endung.cc ab. (Beispiel: Test.cc) Eine solche Datei wird auch durch anklicken im Explorer erkannt und sogleich in Programmers Notepad geöffnet. Compiler Der Compiler wandelt den Quelltext in Maschinencode um. Das ist ein komplexer Vorgang, der im Programmers Notepad durch F5 gestartet wird: - Überprüfung auf syntaktische Richtigkeit und Ausgabe von Fehlermeldungen in roter Schrift mit Angabe der Programmzeile und Beschreibung des Fehlers - Abarbeiten der Präprozessor-Direktiven. Hier: #include qfixminiboard.h oder #include qfixlcd.h. Dabei werden die vordefinierten Funktionen der Klassen MiniBoard und LCD mit eingebunden. - Optimierung des Programmcodes - Übersetzung in Maschinencode und Erstellung von noch nicht ausführbaren Objektdateien. - Die Objektdateien werden durch den Linker miteinander und bei Bedarf mit Routinen aus anderen externen Bibliotheken zu einem ausführbaren Programm verknüpft. - Manche C++ Compiler haben auch einen Debugger integriert, der das Programm auf logische Fehler hin überprüft. Programm übertragen und starten Das fertig kompilierte ausführbare Maschinenprogramm wird im Programmers Notepad durch F6 auf das Controllerboard übertragen. Dabei handelt es sich um einen mehrschrittigen Prozess, der im unteren Fenster des Programmers Notepad dokumentiert wird. Voraussetzung ist, dass das Board an der USB-Schnittstelle angeschlossen ist und dass LED 0 schnell blinkt. Falls sie nicht schnell blinkt, Reset Button drücken. Das Programm wird im 32 KB Flash Speicher abgelegt und bleibt dort auch nach Trennen vom Notebook, von der Versorgungsspannung und auch nach Drücken des Reset Button erhalten. Start des Programms durch Button 0. Abbruch falls nötig durch Reset Button. 1 Quellen: Dokumentation zur qfix-software (im Installationspaket enthalten) Alexander Niemann, Stefan Heitsiek Das Einsteigerseminar C++ (Sehr empfehlenswert)

2 (16C++qfix.docx) Schich, Seminar Tübingen, C++ für qfix Seite 2 von 5 Grundlagen zur C++ Programmierung des MiniBoard Beispielprogramm Es soll auf dem MiniBoard die LED 1 eingeschaltet werden. Programmname: LedAn.cc #include "qfixminiboard.h" MiniBoard Max; int main () Max.ledOn(1); Header Präprozessor-Direktive Damit werden alle vordefinierten Funktionen der Klasse MiniBoard bekannt gemacht Die Anführungsstriche teilen dem Compiler mit, wo es die Headerdatei qfixminiboard.h findet. Kein Abschluss durch ; Max wird als ein Objekt der Klasse Miniboard definiert. Das Controllerboard, auf das das Programm übertragen wird, wird mit Max angesprochen. Nach der Deklaration ;! Die Funktion main ( ) bildet den Programmkörper. Alle Befehle, die in den zwei geschweiften Klammern stehen, werden nach Start des Programms abgearbeitet. Das vorangestellte Schlüsselwort int gibt an, dass die Funktion main nach Abarbeiten eine Integer-Zahl zurückliefert. Bei der Programmierung der qfix Controllerboards muss hier int stehen, selbst wenn das sonst bei der C++ Programmierung übliche void (leere Ausgabe) sinnvoller wäre. Die leere Klammer () bedeutet, dass der Main-Funktion beim Start kein Wert übergeben wird. Sie muss leer sein, auch wenn sonst in C++ hier void stehen kann. Nach der runden Klammer kein ;, ansonsten muss aber jede Anweisung mit ; abgeschlossen werden. ledon(1) ist ein Befehl aus der Bibliothek qfixminiboard.h. Mit dem vorangestellten Max. wird das physikalische Miniboard initialisiert. Kommentarzeilen Einzeiliger Kommentar beginnt nach // und endet mit dem Zeilenende Mehrzeiliger Kommentar Beginn nach /* und Ende mit */ Variablen Zur Programmierung des qfix-boards stehen folgende Variablentypen zur Verfügung: Typ Größe in Bit Bereich bool 1 false, true bzw. 0, 1 char 8 0 bis 255 int bis unsigned int 16 0 bis Long bis float E-38 bis 3.4E38 pos. und neg. Beachten Sie den geringen Speicherplatz beim Mikrocontroler!

3 (16C++qfix.docx) Schich, Seminar Tübingen, C++ für qfix Seite 3 von 5 Variablendeklaration Soll eine Variable im Programm verwendet werden, muss zuvor ihr Typ und ihr Name bekannt gegeben werden. Die Speicherplatzreservierung und Wertzuweisung erfolgt im Programm. Eine solche Bekanntgabe nennt man Deklaration. Der Name kann 32 Zeichen lang sein, darf aber nur aus Buchstaben, Zahlen und Unterstrichen bestehen (Keine Leerzeichen). Typ Variablenname Je nachdem, wo die Variable deklariert wird, besitzt sie unterschiedliche Gültigkeitsbereiche. Globale Variablen werden in der Header-Datei deklariert. Sie gelten für das gesamte Programm. Lokale Variablen werden innerhalb einer Funktion oder einer Schleife deklariert. Nach Abarbeiten der Funktion oder Schleife sind sie nicht mehr gültig. Variablendefinition Eine Variable wird definiert, wenn ihr über ihre Deklaration hinaus auch ein Wert zugewiesen oder Speicherplatz reserviert wird. Die Wertzuweisung erfolgt durch ein =. Beispiel: #include "qfixminiboard.h" int ianzahl; float e = 1.6E-19; MiniBoard Max; //Deklaration einer globalen Interger-Variablen nanzahl. Wertzuweisung erfolgt später // Definition der globalen Variablen e mit Wertzuweisung int main () int k = 1; bool heiss While() Int n=1; // Definition der funktionslokalen Variablen k. Gültig innerhalb der Funktion main, also im ganzen Programm // Deklaration der boolschen Variablen heiss //Definition der lokalen Zählvariablen n, gültig nur innerhalb der while-schleife. Operatoren Arithmetische Operatoren + - * / % (Modulo Divisionsrest) Inkrement- und Dekrement-Operatoren Operator Bedeutung ++Variable Inkrement-Operator (Erhöhung des Variablenwerts um 1) gleichwertig mit Variable = Variable +1 Es wird zuerst der Variablenwert um 1 erhöht, dann wird damit die Operation ausgeführt Variable++ Inkrement-Operator (Erhöhung des Variablenwerts um 1) gleichwertig mit Variable = Variable +1 Es wird zuerst die Operation ausgeführt, dann wird der Variablenwert um 1 erhöht --Variable Variable-- Dekrement-Operator (Variablenwertwird um 1 verringert) gleichwertig mit Variable = Variable -1 Es wird zuerst der Variablenwert um 1 verringert, dann wird die Operation ausgeführt Dekrement-Operator (Variablenwertwird um 1 verringert) gleichwertig mit Variable = Variable -1 Es wird zuerst die Operation ausgeführt, dann wird der Variablenwert um 1 verringert

4 (16C++qfix.docx) Schich, Seminar Tübingen, C++ für qfix Seite 4 von 5 Logische Operatoren Operator Bedeutung Operator Bedeutung && Logisches UND < Kleiner Logisches ODER <= Kleiner gleich! Logisches NICHT > Größer >= Größer gleich!= Ungleich == Gleich Entscheidungskonstruktionen if- Anweisung if (logische Bedingung) else Der else-block ist fakultativ: Befehl1; Befehl2; Befehl3; Befehl4; if (logische Bedingung) Befehl1; Befehl2; so werden die Befehle 1 und 2 durchgeführt andernfalls die Befehle 3 und 4 so werden die Befehle 1 und 2 durchgeführt andernfalls werden sie übersprungen und das Programm dahinter fortgesetzt Bei nur einem Befehl kann auf die geschweiften Klammern verzichtet werden: if (logische Bedingung) Befehl1; so wird Befehl 1 ausgeführt andernfalls wird das Programm dahinter fortgesetzt Entscheidungsfunktionen der Klasse MiniBoard Die Funtionen led(int i, bool state) und power(int i, bool state) führen je nach Wert der boolschen Variablen state eine Aktion aus. Beispiel: Name.led(0, Name.button(0)) Ist button 0 gedrückt, gibt die Funktion den boolschen Wert true zurück, woraufhin die LED 0 aufleuchtert Wird Button 0 losgelassen, erlischt die LED

5 (16C++qfix.docx) Schich, Seminar Tübingen, C++ für qfix Seite 5 von 5 Schleifenkonstruktionen Schleifenkonstruktionen dienen dazu, eine Abfolge von Befehlen in Abhängigkeit von einer logischen Bedingung mehrfach abarbeiten zu lassen. for-schleife Wird verwendet, wenn vor Schleifeneintritt bekannt ist, wie oft die Schleife durchlaufen werden soll. for (Laufvariable; Abbruchbedingung; Veränderung der Laufvariablen nach Durchlaufen der Schleife) Befehl1; Befehl2; Beispiel: 10-maliges Ausführen von Befehl for (int i=0; i<10;i++) Befehl while-schleife Kopfgesteuerte Schleife Zu Beginn der Schleife ist noch nicht bekannt, wie oft sie durchlaufen wird. Sie heißt kopfgesteuert, weil vor Eintritt in die Schleife geprüft wird, ob die Bedingung für das Durchlaufen der Schleife erfüllt (wahr) ist. while (Bedingung) Ist die logische Variable Bedingung wahr, so wird die Schleife durchlaufen. Danach kehrt das Programm an den Anfang der Schleife zurück und prüft die Bedingung erneut. Das geschieht so lange, bis Bedingung falsch wird. Endlosschleife: while (1) oder while (true) Bedingung bleibt wahr Do-while-Schleife Fußgesteuerte Schleife Zu Beginn der Schleife ist noch nicht bekannt, wie oft sie durchlaufen wird. Sie heißt fußgesteuert, weil sie zum ersten Mal auf jeden Fall durchlaufen wird und erst danach geprüft wird, ob die Bedingung für ein weiteres Durchlaufen der Schleife erfüllt (wahr) ist. do Anweisung1; Anweisung2; while (Bedingung); Ist nach Durchlaufen der Schleife die logische Variable Bedingung wahr, so kehrt das Programm an den Anfang der Schleife zurück und die Schleife wird erneut durchlaufen. Das geschieht so lange, bis Bedingung falsch wird. break-anweisung Die Anweisung break; bewirkt ein Beenden und einen Austritt aus der Schleife.

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