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2024 | Buch

Software-Entwicklung für Ingenieure und Ingenieurinnen

Eine Einführung mit der Programmiersprache C

verfasst von: Norbert Drescher

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Softwareentwicklung ist mehr als nur Programme schreiben: Die Entwicklung sicherer Programme erfordert ein systematisches Vorgehen von der Aufgabenstellung bis zum getesteten Programm. In diesem Buch wird eine Vorgehensweise beschrieben, die alle Aspekte einer Softwareentwicklung umfasst. Ausgehend von allgemeinen Grundlagen und Einführungen werden die einzelnen Entwicklungsschritte vorgestellt und durch Beispiele und Übungen vertieft. Dabei wird als Programmiersprache C benutzt, die ebenfalls schrittweise eingeführt wird, sodass der Zusammenhang zwischen Entwurf, Sprachkonzept und Programmierung deutlich wird. Abgerundet wird das Buch durch zwei Anwendungsschwerpunkte, in denen die Entwicklung von Systemprogrammen und von Programmen zur Steuerung technischer Anlagen beschrieben werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Methodik

Zusammenfassung

Das Buch beschreibt eine Methodik für die Entwicklung von Software. Zuvor wird jedoch das Wort »Entwicklung« näher betrachtet. Was ist Entwicklung überhaupt? Eine Erklärung wird anhand einer mathematischen Beziehung dargestellt.

Norbert Drescher

Kapitel 2. Analyse

Zusammenfassung

Bevor ein Entwurf beginnen kann, muss zunächst sichergestellt werden, dass eine vollständige Beschreibung der Aufgabenstellung vorliegt. Dazu dient die Analyse. Eine Analyse ist die Untersuchung eines Gegenstands oder Sachverhalts mit dem Ziel, eine vollständige Kenntnis über diesen zu erhalten.

Norbert Drescher

Kapitel 3. Entwurf

Zusammenfassung

Das Ergebnis der Analyse ist eine vollständige Beschreibung des Gesamtsystems, bestehend aus der zu entwickelnden Software und der Umgebung, in der die Software genutzt werden soll. Ziel des Entwurfs ist die Entwicklung der Algorithmen, die die beschriebene Aufgabe realisieren sollen. Dazu werden jetzt nur noch die Schnittstellen zur Umgebung betrachtet.

Norbert Drescher

Kapitel 4. Information, Daten und Datenverarbeitung

Zusammenfassung

Um Algorithmen von einem Rechner ausführen lassen zu können, müssen diese bestimmte Fähigkeiten und Eigenschaften besitzen. Diese müssen zumindest teilweise bei der C-Programmierung berücksichtigt werden. Daher werden in diesem Kapitel grundlegende Arbeitsprinzipien eines Rechners vorgestellt und welchen Einfluss diese auf die Programmierung haben. Dabei wird zunächst geklärt, was Information bedeutet und wie Information in einem Rechner dargestellt werden kann. Darauf aufbauend wird das Arbeitsprinzip eines Rechners vorgestellt.

Norbert Drescher

Kapitel 5. Einführung in die Programmiersprache C

Zusammenfassung

Eine Programmiersprache ist der Vermittler zwischen einem Programmierer und einem Rechner. Beide Seiten müssen diese Sprache verstehen. Verglichen mit dem Programmierer ist der Rechner zunächst jedoch sehr einfach und in seinen Fähigkeiten stark eingeschränkt.

Norbert Drescher

Kapitel 6. Alternativen

Zusammenfassung

In Abschn. 5.4 wurden Anweisungen der Reihenfolge nach von oben beginnend abgearbeitet. Nun gibt es allerdings viele Situationen, in denen eine Entscheidung getroffen werden muss, und abhängig von dieser Entscheidung soll im Programm fortgefahren werden. Dabei basiert die Entscheidungsfindung auf Bedingungen.

Norbert Drescher

Kapitel 7. Schleifen

Zusammenfassung

Bisher ist die einmalige Ausführung von Anweisungen betrachtet worden. In vielen Anwendungen müssen Aktionen jedoch wiederholt bis fortwährend ausgeführt werden. Sollen Benutzer mehrfach vergleichbare Eingaben machen, soll ein Text nach einem Wort durchsucht werden oder ein Roboter fortlaufend Bauteile bearbeiten, dann befinden sich die Aktionen der Anwendungsfälle in Schleifen.

Norbert Drescher

Kapitel 8. Datenstrukturen

Zusammenfassung

In Kap. 6 und Kap. 7 wurden der Entwurf von Algorithmen mit Alternativen und Schleifen und ihre Implementierung in der Programmiersprache C eingeführt. In diesem Kapitel stehen die Daten im Vordergrund. Ausgangspunkt ist wieder die Problemanalyse, die das Ziel hat, eine vollständige und widerspruchsfreie Aufgabenstellung zu erstellen und die mit der Beschreibung der Ein-/Ausgangsdaten endet.

Norbert Drescher

Kapitel 9. Funktionen

Zusammenfassung

Funktionen sind in Kap. 5 als universelles Hilfsmittel zur Beschreibung komplexer Sachverhalte eingeführt worden. Darauf aufbauend wurde die Hauptfunktion eines C-Programms eingeführt, und es wurde die Nutzung von Bibliotheksfunktionen vorgestellt. In diesem Kapitel wird die Erstellung von Funktionen behandelt.

Norbert Drescher

Kapitel 10. Dynamische Datenstrukturen

Zusammenfassung

In Kap. 8 sind Datenstrukturen bereits eingeführt worden. Dabei handelt es sich um statische Datenstrukturen. Diese werden im Programm definiert und je nach Lebensdauer beim Start der Anwendung oder einer Funktion im Speicher des Rechners angelegt.

Norbert Drescher

Kapitel 11. Anpassbare Softwarestrukturen

Zusammenfassung

Funktionen sind das zentrale Hilfsmittel zur Strukturierung von Programmen in der Programmiersprache C. Alle Aktionen werden schrittweise zerlegt und durch Funktionen realisiert. Dadurch ergibt sich eine Hierarchie von Funktionen, die durch Funktionsdiagramme beschrieben werden kann.

Norbert Drescher

Kapitel 12. Ein-/Ausgaben und Dateien

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird das Standardverfahren für die Ein- und Ausgabe von Daten und seine Nutzung für die Speicherung von Daten auf internen oder externen Speichermedien in Form von Dateien vorgestellt.

Norbert Drescher

Kapitel 13. Strukturierung der Software

Zusammenfassung

Ein Grundprinzip einer Entwicklung ist die Zerlegung einer Aufgabenstellung in einzelne Aktivitäten, deren weitere Zerlegung nicht möglich oder nicht sinnvoll ist. Sind alle Aktivitäten festgelegt worden, werden diese als einzelne Funktionen realisiert. Dies führt dazu, dass je nach Komplexität eines Programms viele bis sehr viele Funktionen entstehen können.

Norbert Drescher

Kapitel 14. Fehlerbehandlung

Zusammenfassung

Bisher sind einzuhaltende Vorgaben und Regeln im Entwurf und während der Implementierung in den einzelnen Kapiteln angegeben worden. Alle diese Angaben haben das Ziel, die Qualität von Software zu verbessern und damit die Wahrscheinlichkeit von Fehlern im Programm zu reduzieren. Zudem ist in Abschn. 9.2.2 eine Vorgehensweise bei der Implementierung vorgestellt worden. Diese besagt, dass alle Funktionen vor der Benutzung getestet werden sollen. Diese Forderung erhöht zwar zunächst den Implementierungsaufwand, da Testprogramme entwickelt und Tests durchgeführt werden müssen. Insgesamt verkürzt sich aber der Implementierungsaufwand, wenn dadurch später deutlich aufwendigere Fehlersuchen entfallen.

Norbert Drescher

Kapitel 15. Hardware und C

Zusammenfassung

Um Hardwaresysteme flexibel einsetzen zu können, müssen ihre Eigenschaften an unterschiedliche Umgebungen und Aufgabenstellungen angepasst werden können. Daher muss die Hardware programmierbar sein, um entsprechende Anpassungen vornehmen zu können. Jede Programmierung setzt jedoch Kenntnisse der Anwendung voraus, die realisiert werden soll – in diesem Fall also Kenntnisse der Hardware. Zusätzlich wird eine Programmiersprache benötigt, die für die Programmierung von Hardware geeignet ist.

Norbert Drescher

Kapitel 16. Systemsoftware

Zusammenfassung

In Abb. 2.4 (Abschn. 2.3.2) sind die Schnittstellen in einem Rechnersystem dargestellt worden. Danach gibt es die Rechnerschnittstelle, an der Ein- und Ausgabegeräte angeschlossen werden, und eine interne Softwareschnittstelle, über die eine Anwendung mit der Umgebung Daten austauscht. Anwendungsprogramme kommunizieren in der Regel nie direkt mit externen Geräten, sondern nutzen dazu Dienstleistungsfunktionen des Systems.

Norbert Drescher

Kapitel 17. Echtzeitprogrammierung

Zusammenfassung

In vielen technischen Anwendungen müssen viele Vorgänge oder Abläufe zeitliche Vorgaben einhalten: So muss Musik genauso schnell abgespielt werden, wie sie aufgenommen wurde, oder Fahrstühle müssen exakt vor einer Fahrstuhltür stoppen, damit der Fahrstuhl auch von Personen in einem Rollstuhl problemlos benutzt werden kann. Werden die zeitlichen Vorgaben nicht eingehalten, ist das System unbrauchbar.

Norbert Drescher

Kapitel 18. Implementierung von Echtzeitsoftware

Zusammenfassung

Prinzipiell gibt es zwei unterschiedliche Möglichkeiten der Echtzeitprogrammierung: die synchrone und die asynchrone Echtzeitprogrammierung. Bei der synchronen Echtzeitprogrammierung existieren periodische Zeitpunkte für die Erfassung der Ereignisse. Die Reaktion auf Ereignisse erfolgt somit synchronisiert zu definierten Zeitpunkten, die von der Steuerung festgelegt werden.

Norbert Drescher

Backmatter

Titel: Software-Entwicklung für Ingenieure und Ingenieurinnen
verfasst von: Norbert Drescher
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-67369-0
Print ISBN: 978-3-662-67368-3
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-67369-0