3. Große Verständnisprobleme beim ersten größeren C++-Projekt

Große Verständnisprobleme beim ersten größeren C++-Projekt

  • D

    Erstmal ein "Hallo" an alle!!

    Als mehr oder weniger erfahrene Java-Programmierer habe ich es vor kurzem gewagt ein größeres C++-Projekt in Angriff zu nehmen, bei dem das Ziel ist einen Roboter autonom agieren zu lassen.
    Leider habe ich einige grundsätzliche Verständnisprobleme was die Struktur des Gesamtprogramms angeht und wäre daher sehr dankbar, wenn ihr mir ein wenig helfen könntet den Überblick zu gewinnen.

    Ich möchte eine größere cpp-Datei haben, die als eine Art Verwaltung agiert und auch die einzige main-Methode des gesamten Projekts hat. In den anderen cpp-Dateien werden zusammengehörende Methoden (z.B. für Dateizugriff oder Steuerung von einzelnen Roboterkomponenten) implementiert und per #include "Headerdatei.h" in den anderen cpp-Dateien verfügbar gemacht.

    Die ersten Fragen, die mir so gekommen sind (bei weitem nicht die letzten ;-()

    1. Wenn ich ein Objekt der Hauptklasse (Verwaltungs cpp) erstelle und mit diesem Objekt dann in den anderen cpp-Dateien auf die Methoden der Verwaltungs cpp zugreifen möchte, muss ich dann in jeder weiteren cpp ein neues Objekt der Hauptklasse erstellen oder reicht es wenn ich in den weiteren cpp-Dateien jeweils einen Zeiger auf das Objekt der Verwaltungsklasse habe?

    2. Wie würde ich einen solchen Zeiger denn realisieren und in den weiteren Klassen dann deklarieren und benutzen? Z.B. möchte ich aus der Verwaltungsklasse dann eine Methode a() aufrufen.

    3. Wie ist es wenn ich zwischen den einzelnen anderen Dateien Funktionen aufrufen will? Also ohne den Weg über das Verwaltungsobjekt zu gehen. Z.B. Zum Ansteuern eines Roboterarms benötige ich das Lesen aus einer Datei. Wie sollte das am besten realisiert werden? Vielleicht doch besser über die Verwaltungs-cpp oder einfach Objekte beider Klassen erzeugen und dann per Klasse.Methode() darauf zugreifen?

    Vielen Dank für die Hilfe und entschuldigt die vielleicht ein wenig dummen Fragen, aber C++ ist halt doch ne andere Angelegenheit als Java...

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  • A

    also, ich bin eigentlich relativ gesehen ein blutiger anfänger, aber für mich hat sich folgende vorgehensweise durchaus bewehrt:

    1. ein DIN A0 blatt und viele kleine selbstklebende notizzettel holen 😉
    2. sich richtig gut zu überlegen, was für aufgaben welche klassen übernehmen.
      in etwa das interface von den einzelnen objekten entwerfen.
      -welche funktion ist nur für eigenen gebrauch bestimmt? (private?)
      -welche müssen überall aufrufbar sein? (public?)
      -evtl nur bestimmten klassen zugriffsrechte erteilen? (friends?)
    3. welche komponenten müssen miteinander kommunizieren können?
      eifachste lösung: alles zentral machen [Verwaltungsklasse] und einen zeiger auf diese klasse in jedem anderen objekt speichern. Die einzelnen komponente als member-variablen der verwaltungsklasse deklarieren. So können alle komponenten sich gegenseitig indirekt über die verwaltungsklasse ansprechen (solange die friend-zugriffsrechte sinnvoll verteilt sind, gibt es eigentl kein riesenchaos)
    4. evtl braucht man klassen, die jederzeit überall verfügbar sein müssen
      (Singletons) [benutze ich einzig und allein für die logfile, aber ohne logfile geht wirklich gar-nichts]

    also, es gibt bestimmt bessere möglichkeiten, das ganze programm irgendwie zu strukturieren, aber das ist halt schon mal eine einfache möglichkeit, das größte chaos zu vermeiden.

    in meinen programmen sieht es dann mehr oder weniger so aus:

    //fwd declaration
class KuenstlicheIntelligenz; 
//...

class Verwaltung{
public:
  //alles andere als members
  KuenstlicheIntelligenz ki;
  Motorik motorik;
  Stromversorgung strom;
  //was weiß ich was...
};

class KuenstlicheIntelligenz{
 Verwaltung* verwaltung:  //zeiger auf die verwaltung

 //indirekter zugriff auf andere komponente:
 void f(){
  verwaltung->strom.ausschalten();
 }
};

//analog alle anderen components

    selbstverständlich alles auf 12031030139170491 header und cpp's verteilt wenn's sein muss... 😃

    hoffentlich hilfts was 🤡 👍

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  • D

    Danke für deine schnelle Antwort!!

    Jaja, das ist auch immer so ein Problem von mir: Ich leg immer mit der Programmierung los und mache mir dann nebenbei Gedanken über die Struktur und wer mit wem kommunizieren muss, obwohl ich weiß, dass das 100%-ig der falsche Weg ist!

    Werde mir das mal endgültig zu Herzen nehmen!!

    Ein weiteres Problem, dass ich beim ersten Post schon angesprochen habe:
    Was mache ich, wenn 2 Klassen ohne die Verwaltungsklasse kommunizieren sollen?

    Noch ein Problem:
    Wenn ich in der Verwaltungsklasse eine Methode einer anderen Klasse aufrufen will erstelle ich am besten einen Zeiger auf ein Objekt der anderen Klasse innerhalb der Verwaltungsklasse und greife dann darüber auf die Methode der anderen Klasse zu, also ungefähr so:

    innerhalb Verwaltungsklasse.cpp

    AndereKlasse* ptrAndereKlasse;
ptrAndereKlasse->methodeDerAnderenKlasse();

    aber was mache ich, wenn ich in einer weiteren Klasse wieder auf die methodeDerAnderenKlasse(); zugreifen will, aber dabei sicher sein will, dass ich auf das selbe Objekt (also mit den gleichen Werten bei den Parametern) zugreife??

    Wenn ich dann wieder einen Zeiger anlege, zeigt der dann doch auf ein neues Objekt der Klasse, oder??

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  • S

    @Andrey
    Warum hast du da in der Klasse KünstlicheIntelligenz folgendes stehen --> "Verwaltung* verwaltung:" (ist das n ":" am Schluss oder solls n ";" sein? weil wenns n Doppelpunkt ist dann verstehe ich gar nicht mehr)
    Könnte man das den nicht einfach so machen in dem KünstlicheIntelligenz mit Verwaltung verwandt ist? (KuenstlicheIntelligenz : public\private Verwaltung)
    Oder verstehe ich da was net? Sry ich bin eher noch n Anfänger in Sachen C++.
    Dankeschön schon mal im Voraus.

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  • D

    Ich denke, dass er sich da vertippt hat und dass es ein ; sein soll.

    Dein Vorschlag verstehe ich allerdings nicht genau bzw. er ist als Lösung für dieses Problem nicht geeignet.
    Wenn ich das richtig verstehe willst du hier eine Vererbung anwenden, aber bei meinem Problem haben die verschiedenen Klassen eigentlich nichts miteinander zu tun in dem Sinn, dass die eine eine Spezialisierung (und damit Unterklasse) einer anderen Klasse ist, sondern es soll lediglich ermöglicht werden, dass alle Klassen untereinander kommunizieren können...

    0
  • A

    ja, sry, das soll ein semikolon sein => da ist gar nichts mit vererbung drin, die ganzen klassen haben in dem sinne nichts miteinander gemeinsam (sind in keiner weise voneinander abgeleitet oder so)
    [hab mir wegen der scheisallergie beinahe die augen rausgekratzt 😃 => sehe im moment nicht so gut^^ 🤡 ]

    Der zeiger auf die "verwaltung" in allen anderen klassen ist einfach da, damit man alle verknüpfungen irgendwo zentral bündelt: alle components haben zeiger auf die "verwaltung", "verwaltung" beinhaltet alle components. So muss man nicht in jedem component zehn zeiger zu anderen components speichern, damit sie miteinander "kommunizieren" können (funktionen aufrufen oder sonstiges)

    0
  • D

    Das klingt schon einmal so, wie ich das haben will. Danke!

    Was ich in C++ noch nicht ganz verstanden habe, ist die Geschichte mit den Zeigern (das hat echt der Teufel höchstpersönlich erfunden).
    Wenn ich jetzt in jeder der anderen Klassen jeweils einen Zeiger auf die Verwaltung erstelle (Verwaltung* verwaltung;), auf was zeigen die dann?
    Es wurde kein Objekt von Verwaltung erzeugt, oder doch? Zeigen dann alle Zeiger aus den anderen Klassen auf dasselbe Verwaltungsobjekt????
    Was bewirkt der Befehl Verwaltung* verwaltung; ??
    Wird ein Objekt von Verwaltung angelegt, oder ermöglicht es nur einen Zugriff auf die Methoden und Variablen von Verwaltung, was ich mir ohne dazugehöriges Objekt aber nicht vorstellen kann.

    Und wie sieht es mit Variablen aus, auf die alle anderen Klassen zugreifen können sollen? Dass man die nicht public definieren soll, habe ich auch schon begriffen. Also bleibt mir wohl nichts anderes übrig, als sie in der Verwaltungsklasse als private zu definieren und dann get- und set-Methoden dafür zu schreiben, oder gibt es dafür einen eleganteren Weg?

    Und noch eine Frage: Wie sieht es aus mit privaten Variablen bei den anderen Klassen? Sagen wir, die Klasse Motorik hat eine Variable mit dem Namen

    private double speed;

    Wenn ich auf diese Variable in einer anderen Klasse außer der Verwaltungsklasse, also z.B. innerhalb von Stromversorgung darauf zugreifen will, wie mache ich das am besten?
    Private Variable in Verwaltung anlegen?
    Oder get- und set-Methode für die private Variable speed innerhalb der Klasse Motorik anlegen und dann per

    verwaltung->strom.getSpeed()

    darauf zugreifen?!

    Langsam ergibt das Ganze Sinn! Danke!!

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  • V

    Du musst ein ein Objekt erst erzeugen. Ein Zeiger auf ein Objekt sorgt nicht dafür, dass dieses Objekt existiert. Da du pro Roboter sicherlich nur eine Verwaltung haben willst, solltest du das als Singleton implementieren.
    http://home.earthlink.net/~huston2/dp/singleton.html

    Zugriffe solltest du über Methoden machen. Das ist auch Kritikpunkt an dem Beispiel dort oben: über die Verwaltungsklasse wird KuenstlicheIntelligenz an ein 3. Objekt gebunden. Das führt zu Abhängigkeiten, die bei Änderungen sehr viel nach sich ziehen können.
    Außerdem würde ich eine Protokollklasse für alle Module erzeugen. Dann kannst du diese nämlich sehr einfach austauschen.

    Beispiel:

    //Protokolklassen
class KuenstlicheIntelligenz
{
    Verwaltung* verwaltung;
    int some_member;

public:
    KuenstlicheIntelligenz(Verwaltung* __verwaltung)
    : verwaltung(__verwaltung)
    { }

    virtual void denken() = 0;
};

class Motorik
{
    Verwaltung* verwaltung;

public:
    Motorik(Verwaltung* __verwaltung)
    : verwaltung(__verwaltung)
    { }

    virtual void laufen() = 0;
};

class Stromversorgung
{
    Verwaltung* verwaltung;

public:
    Stromversorgung(Verwaltung* __verwaltung)
    : verwaltung(__verwaltung)
    { } 

    virtual void ausschalten() = 0;
};

//Gesamtverwaltung
class Verwaltung
{
    KuenstlicheIntelligenz* ki;
    Motorik* motorik;
    Stromversorgung* strom;

public:
    void attach(KuenstlicheIntelligenz* __ki, Motorik* __motorik, Stromversorgung* __strom)
    {
        ki = __ki;
        motorik = __motorik;
        strom = __strom;
    }

    void strom_ausschalten()
    {
        strom->ausschalten();
    }

    void denken()
    {
        ki->denken();
    }

    void laufen()
    {
        motorik->laufen();
    }
};

//Fabrikmethode zum Erzeugen des Roboters
template<class KI, class MOTORIK, class STROM>
std::auto_ptr<Verwaltung> erzeuge_roboter()
{
    Verwaltung* temp = new Verwaltung;
    temp->attach(new KI(temp), new MOTORIK(temp), new STROM(temp));
    return temp;
}

//Konkrete Implementierungen für Module
class DummerRoboter : public KuenstlicheIntelligenz
{
public:
    DummerRoboter(Verwaltung* __verwaltung)
    : KuenstlicheIntelligenz(__verwaltung)
    {}

    void denken()
    {
        verwaltung->strom_ausschalten();
    }
};

class KeineBeine : public Motorik
{
public:
    KeineBeine(Verwaltung* __verwaltung)
    : Motorik(__verwaltung)
    {}

    void laufen()
    { }
};

class LiIonenAkku : public Stromversorgung
{
public:
    LiIonenAkku(Verwaltung* __verwaltung)
    : Stromversorgung(__verwaltung)
    { }

    void ausschalten()
    {
        //sehr kompliziert!
    }
};

//Test"lauf"
int main()
{
    std::auto_ptr<Verwaltung> meinRoboter = erzeuge_roboter<DummerRoboter, KeineBeine, LiIonenAkku>();

    meinRoboter->denken();
    meinRoboter->laufen();
}

    Wenn man will kann dem Roboter hier auch während des Betriebs ein neues Gehirn verpassen 😉
    Hier ist die Verwaltung nun aber noch nciht als Singleton implementiert. Das würde die Fabrikmethode und die Konstruktoren nochmal vereinfachen.

    Edit: Konstruktoren vergessen.

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  • A

    das ist natürlich vorbildlich, was viande da geschrieben hat: die ganzen verknüpfungen sind von der implementierung komplett getrennt 👍
    das macht die ganze sache natürlich um einiges universeller, komponente lassen sich da dank der polymorphie beliebig austauschen 👍 👍
    so sollte mans bei wirklich großen normalerweise tun, für meine projekte fand ich so eine vorgehensweise jedoch bisher ziemlich overkill, weil ich mich meistens immer mit einer einzigen implementierung beschäftigte, da fand ich es nicht sinnvoll, die vom interface an sich zu trennen.
    Aber die vorgehensweise ist natürlich klasse 😃

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  • D

    Wow viande, da scheint wohl jemand Ahnung zu haben 😉
    Das ist natürlich jetzt evtl. mit Kanonen auf Spatzen geschossen, aber dafür sehr professionell!!

    Eine Frage, die spontan bei mir aufkommt:
    Wie es der Verwaltung gelingt auf die verschiedenen Komponenten zuzugreifen ist mir dank der vorigen Erläuterugen nun klar 😃

    Aber: Wie sieht aus mit dem Zugriff von anderen Komponenten auf die Methoden der Verwaltungsklasse aus?
    Es wird gesagt, dass ein Objekt erzeugt werden muss, damit ich auf dieses mit Zeiger zugreifen kann. Aber was ist, wenn ich jetzt in jeder Komponente einen eigenen Zeiger auf ein Verwaltungsobjekt anlege!? Dann zeigen sie doch auf verschiedene Verwaltungsobjekte, aber ich will doch, dass sie auf das IDENTISCHE Objekt zeigen, damit der Zustand der gleiche ist.

    Wie mache ich das denn am besten?
    Ein Objekt der Klasse Verwaltung lege ich doch erst in der main-Methode an?! Wie ist es mir dann noch möglich Zeiger darauf zeigen zu lassen?
    Oder soll ich eine Methode innerhalb der Verwaltungsklasse schreiben, die die Adresse des Verwaltungsobjekt an die anderen Komponenten weitergibt?
    In etwa so:
    [cpp]
    Verwaltung* getVerwaltung(Verwaltung verwObjekt)
    {
    return &verwObjekt;
    }

    und das dann in den anderen Methoden aufrufen? Oder sehe ich was komplett falsch?

    Aber diese Methode getVerwaltung kann ich außerhalb der Verwaltungsklasse doch nur benutzen nachdem ich ein Objekt der Verwaltungsklasse angelegt habe benuten, aber genau das will ich ja nicht 😞

    Ich bin wieder ein wenig verwirrt 😕

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  • V

    Naja, da kommt das Singleton ins Spiel. Das sieht in etwa so aus:

    class Verwaltung
{
    Verwaltung(){} //Konstruktor privat, damit kein anderer eine Instanz erzeugen kann
public:
    static Verwaltung* get_instance()
    {
        static Verwaltung instance;
        return &instance;
    }
};

    Aufrufe erfolgen dann so:

    Verwaltung* verwaltung = Verwaltung::get_instance();
verwaltung->some_op();

//oder direkt:
Verwaltung::get_instance()->some_op();

    Das ist die einfachste Variante von Singletons. Nicht threadsicher und nicht geeignet für Objekte, die eventuell beim Beenden des Programms nochmal benötigt werden (Log-Objekte).

    Edit: Bei meiner Variante hat die Factory-Methode dafür gesorgt, dass die Module die richtige Instanz von der Verwaltung bekommen.

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  • D

    mmh, das sieht doch schon mal nicht schlecht aus. Vielen Dank.
    Das werde ich heute abend direkt mal ausprobieren und falls ich nicht weiter weiß, weiß ich ja an wen ich mich wenden kann 😉

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  • A

    Darf ich mal fragen, wie lange du java programmiert hast? Weil das sind alles Konzepte und Patterns, die es auch in Java zu Hauf gibt.

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  • A

    ich würde sogar sagen, in java ist das alles sogar viel deutlicher hervorgehoben, als in c++ (zB gibts es spezielle "interface" klassen). Das haben die ziemlich gut hinbekommen bei der sprache... übersichtlich... 👍

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  • A

    Um so mehr wundert es mich, das Dr. Ottel das alles nicht kennt...

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  • D

    Recht habt ihr!!

    Das Problem ist aber auch, dass ich in Java noch kein größeres Projekt geschrieben habe. Das waren meistens kleine Furzprogramme, wo man maximal mal ne Vererbung oder so gemacht hat, daher sind mir viele der gängigen Konzepte leider nicht bekannt 😞

    Aber wie ihr selber schon gesagt habt: Wenn man es mal für eine Programmiersprache verstanden hat, dann kann man es auch auf andere anwenden und genau deshalb habe ich mich dazu entschieden. Ich hätte das Projekt zwar lieber in Java gemacht, aber für Java gibt es nur eine zusammengebastelte API, die wohl mehr Probleme verursacht als löst und daher musste ich jetzt C++ verwenden.

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  • A

    naja, übertrieben kompliziert sind die techniken ja nicht (höchstens muss man da an paar stellen ein "virtual" schlüsselwörtchen reinbauen, und ein paar konkrete klassen von rein virtuellen interface-klassen ableiten, da hat man schon im großen und ganzen fast dasselbe, was viande vorgeschlagen hat)

    aber man braucht hat für das ganze ein bisschen disziplin und vor allem guten überblick über das, was man da tut. Hier können auch die tollsten dokumentationen für die sprachsyntax und die dicksten bücher nicht viel helfen. Man muss halt einfach ganz genau wissen, was man will. Wenn man das für sich ausformuliert hat, ist es kein großes problem mehr, das ganze in beliebiger sprache umzusetzen...

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  • W

    Ich fasse mal zusammen:
    Von der Aufgabenstellung ist folgendes wenige (!) bekannt:

    Dr.Ottel schrieb:

    einen Roboter autonom agieren zu lassen.

    und ..

    Dr.Ottel schrieb:

    Zum Ansteuern eines Roboterarms benötige ich das Lesen aus einer Datei.

    Ich meine, das ist zu wenig, um irgend eine Aussage darüber machen zu können, wie man so etwas aufbaut. Aus Erfahrung weiß ich, dass eine übergeordnete Verwalter-Klasse die alle kennt und alle kennen im besten Fall die zweit schlechteste Lösung ist.
    Komischerweise kommt am Anfang jeder genau auf diesen Ansatz - egal für welches Problem 😃 .

    Daher meine Fragen an Dr.Ottel:
    - wie ist der Roboter aufgebaut?
    - was soll er genau tun; was bedeutet 'autonom agieren'?
    - wie ist sein Input (Konfiguration, Sensoren, Aufgaben)?
    - wie kommt dieser Input in das System (per Event oder wird der Input abgeholt)?
    - wie ist sein Output (Arm-Motoren, fährt/geht er)?
    - wie sieht ein typischer Anwendungsfall aus?

    Gruß
    Werner

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  • D

    Hallo Werner und alle anderen.

    Na dann probiere ich dir mal auf deine Frage zu antworten, damit du mir meine Frage beantworten kannst 🙂

    - wie ist der Roboter aufgebaut?
    Also: Der Roboter hat gewisse Komponenten, die sowohl Hardware (z.B. Greifarm) als auch Software (Selbstlokalisation und Pfadplanung) sein können.

    Innerhalb der Verwaltungsklasse sollen alle Komponenten zusammenlaufen (auch wenn das nicht von allen als gute Idee angesehen wird).
    Dadurch möchte ich in der Lage sein von der Verwaltungsklasse auf ALLE Methoden des gesamten Programms zugreifen zu können.

    - was soll er genau tun; was bedeutet 'autonom agieren'?
    Autonom agieren bedeutet, dass der Roboter in der Lage ist ein Problem nicht immer auf die gleiche Art und Weise zu erledigen, sondern auch Abweichungen vom "Plan" verkraften zu können. So sollen z.B. dynamische Hindernisse auf dem Pfad nicht zum Absturz des Programms, sondern zur Neuplanung des Pfades führen.

    - wie ist sein Input (Konfiguration, Sensoren, Aufgaben)?
    Sowohl Konfigurationsdateien als auch Sonarsensordaten, aber auch eine Sprachsteuerung, die Befehle in einer txt-Datei ablegt, die anschließend ausgeführt werden sollen.

    - wie ist sein Output (Arm-Motoren, fährt/geht er)?
    Das Abfahren (er fährt) der berechneten Pfade, sowie das Aufnehmen und Transportieren von Gegenständen (alles in einzelnen Klassen realisiert).

    - wie sieht ein typischer Anwendungsfall aus?
    Der Roboter bekommt den Befehl einen Gegenstand von A nach B zu transportieren.
    Bedeutet im Ablauf des Programms:
    - Verstehen des Befehls per Spracherkennung
    - Abspeichern des verstandenen Befehls in einer txt-Datei
    - Auslesen der Befehle aus der txt-Datei (der Umweg über die txt-Datei ist bewusst gewählt)
    - Pfadplanung zu Ort A
    - Abfahren des Pfades zu Ort A
    - Erkennen des Gegenstandes an Ort A
    - Aufnehmen des Gegenstandes
    - Pfadplanung zu Ort B
    - Abfahren des Pfades zu Ort B
    - Abladen des Gegenstandes

    Wie ihr sehen könnt, da ist einiges zu tun, wobei das nur ein Teil meiner Zielapplikation ist, aber schon ein wichtiger!!

    Danke für jede Hilfe 👍 👍

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  • A

    oha 😮
    bastelst du an dem ding alleine just for fun im hobbykeller rum? oder gibt es evtl irgendein "team" oder eine arbeitsgruppe oder sowas? falls ja: wie siehts denn mit den anderen aus, wärs evtl besser, sich mit den abzusprechen?

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  • D

    Nee, ich arbeite da alleine dran. Lediglich die Spracherkennung wird von jemand anderem übernommen. Aber ich muss auch nicht alles von Grund auf implementieren. Es gibt eine API, die z.B. die Pfadplanung übernimmt und ich muss diese nur noch anstoßen.
    Also fange ich nicht ganz bei Null an, aber es bleibt noch genug Arbeit übrig 🙄

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