第二回東海北陸ロボコン交流会川上プレゼン

序章(1/3)C++とは
• C++はC言語を拡張した言語です。(～後方互換)
• C++はいくつかのバージョンがあります。
EC++は黒歴史らしいので触れません。
年表説明
C++98 1998 基本仕様の制定
C++03 2003 98年版の修正
C++11 2011 Auto, ラムダ式, 範囲For文,メモリー管理機能
C++14 2014 11年版の修正
C++17? 2017? 新機能の追加?
今回のテーマ

序章(2/3) どんな環境で使えるか？
• AVRやARM系(LPCやSTM)のマイコンで使える。
• もちろんWINDOWSやRASPBERRY PIでも使える。
• GCC,G++(GNU)が使えれば基本的に使える。
但し PIC, PSOCでは使えない。
• PIC32 (MIPS系)ではC++03相当まで。
• PSOC(ARM系)ではC++をサポートしていないが、魔改造すれば使える!?

序章 (3/3) 設定方法
LPCマイコンを例に上げると
PROJECT → PROPERTY
C++ BUILD → DIALECT
LANGUAGE STANDARD
で変更できる。
(ECLIPSE系なら基本的に同じ)
LPCマイコンはマイナーかな?

便利機能 (1/5) AUTO 文
• AUTO文は型を自動的に推測する機能です。
• 長々しい型を省略できる。
VECTOR<T>はT型の動的配列です。<VECTOR>にあるよ。
int a=10;
auto b=10; //同じ意味になります。
vector <int> vec(32);//32の大きさを持つ動的配列
vector<int>::iterator c=vec.begin();//長い…
auto d =vec.begin();//ね、楽でしょ。

便利機能(2/5) 範囲FOR文
• 範囲FOR文を使えば簡単にコレクションを一巡できる。
• 但し逆順で探索はできない。D言語ならあるらしいけど…
構文
• FOR (型要素名: コレクション){…}
(SIZEOFで配列の個数を求めるテクニックはC言語でわりと便利です。)

便利機能(3/5) ラムダ式 (1/2)
• ラムダ式 … 関数の一種、関数オブジェクト
• 関数の中でも宣言できる。
• どんな型になるかはわからない。要 AUTO文
• 構文
[キャプチャ](引数)->戻り値{関数の実体}
キャプチャ…第二の引数のようなもの。最初のラムダ式を作るときに渡さされる
例文(省略あり)
auto random = []()->int{return rand()%256;}//乱数を返すラムダ式
int ans=random();
int index=10;
auto next=[&index]()->int{return ++index;}//indexを参照
int pos = next();//pos=11

便利機能(3/5) ラムダ式 (2/2) 一例
• 使い方
• SORTの条件を楽に指定できる。
• 並列処理関係のライブラリで使う。
例文 (省略あり)
list<int> lst(64);
sort(lst.begin(),lst.end(),[](int a,int b){return a<b;});
#include <ppl.h>
vector<double> vec(128);//何か代入したとする。
parallel_transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), [](double n)
{ return n*n; });//全部二乗

便利機能(4/5) スマートポインタ
• 普通のポインタの場合
• 生成と開放処理を明記しなくてはならない。(開放を忘れそうになる)
• スマートポインタの場合
• 開放処理を自動的に行わせることができる。
例文
#include <memory>
void func(){
int* cmn_ptr=new int(55);
std::unique_ptr<int> uni_ptr(new int(5));
～処理～
delete cmn_ptr;
}

便利機能(5/5) 整数型(C99)
• INTやFLOATでは環境依存のため実際の大きさがわからない。 SIZEOF(INT)=?
↑マイコンの場合、レジスタを直に叩くことが多いので困る。
・<STDINT.H>もしくは<CSTDINT>を使えば解決できる。
<STDINT.H>はC言語のライブラリなのでPICやPSOCでも利用できる。
#include <stdint.h>
uint32_t a;//32bitの整数型 sizeof(a)=4
int64_t b;//64bitの自然数型 sizeof(b)=8

メモリ管理(1/4) MALLOCについて
• MALLOC…C言語で使われる動的にメモリーを配置する関数
しかし、動的に可変長のメモリーを確保すると断片化する。
安価なマイコンには実装されていないMMU(メモリー管理ユニット)及びGCはないと仮定してる。

• 固定的な大きさを確保する関数なら断片化を避けることでできる。※メモリ利用効率は落ちる。

メモリ管理(2/4) 自作しよう
• データ構造
• 配列+その要素での単方法リスト
• アルゴリズム
Template <size_t size , unsigned num> class MemPool {
union item { //共有体で強引にメモリー配置を設定
uint8_t dummy[size];
item* next;
} data[num];//配列
item *top; //使っていない要素の単方向リスト
…
}

• データ構造
• 初期化
for (unsigned int i = 0; i < num; i++) {
//スタックにおけるPush動作と同じ
data[i].next=top;
top=&data[i];
}

• データ構造
• アルゴリズム。
• 初期化
• 確保
Void* CreatePointer(){
//スタックのPopと同じ
item* temp = top;
top = top->next;
temp->next = nullptr;/*バグ防止*/
return (void*)temp;
}

• データ構造
• 初期化
• 確保
• 開放
Void ReleasePointer(void* ptr){
//スタックのPushと同じ
if (p!=nullptr){
item* p=(item*)ptr;
it->next = top;
top = it;
}
}

メモリ管理(3/4) C++に対応させよう
• C++は演算子を変更する機能がある。
• メモリーの管理に使うNEW とDELETEも同様に変更できる。
class Object{
private: static MemPool pool(sizeof(Object),100);
public: Object()=default;//default文(C++11以降)を覚えると楽
virtual ~Object()=default;
void* operator new (size_t sz){
return pool.CreatePointer(sz);//自作関数をここに入れる。
}
void operator delete(void* ptr){
pool.ReleasePointer(ptr); //自作関数をここに入れる。
}
}

メモリー管理(4/4) まとめ
• メモリープールを使えば断片化は避けられる。
• 制約の多いマイコンでもC++11,14の機能を使えば(慣れれば)
安全且つ楽にメモリー管理を行うことができる。
メモリープールの実装をしたコードを配布してます。

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