Főoldal Cikkek Galéria Projektek Tagok Tudásbázis Tanfolyam 3D Nyomtatás

LEGO Tanfolyam: Programozás 2

Függvények

A Brixcc-ben is léteznek a C-s függvényekhez hasonló dolgok. Ezek nagyjából azonos funkciót is látnak el, mint natív C-ben. Az egyetlen különbség, hogy míg C-ben minden egyes függvény egy adott memóriacímen helyezkedik el, és azon keresztül érhető el, addig NXCben a függvények mind inline-ok. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a függvények teljes kódját a hívás helyére bemásolja a fordító. A fentiek egyik előnye, hogy ilyen inline függvényből bármennyink lehet, de cserébe a kód méretét nagyban megnövelik.

Függvényeket két esetben lehet használni. Az egyik, ha egy nagyon rövid, de sokat ismétlődő kódrészletet szeretnénk kiszervezni. A másik, amikor nekünk mindenképpen szükségünk van visszatérési értékre. Ez előfordulhat, mivel NXC-ben nincsenek pointerek! Nagyon ritkán használjuk őket (de nem tilos).

Szintaktika: inline <visszatérési típus> <függvény név> (<paraméterek>)

Példa:

inline void Turn(int power, int time) {
  OnFwd(OUT_AC, power);
  Wait(time);
}

task main() {
  // ...
  Turn (75, 500);
  // ...
}

Szubrutinok

A szubrutinok az NXC speciális entitásai. A működésük nagyjából megegyezik egy natív C-ben megismert függvényével, mivel ezeket nem másolja be a hívás helyére a fordító, hanem ők külön memória területen léteznek. Hátrányuk azonban, hogy mindössze 255 darab lehet belőlük, illetve hogy nincs visszatérési értékük.

Ritkán használatosak, általában a hosszabb kód duplikációt kivédendő. Használatuk azonos egy sima natív C-s void függvényével.

Szintaktika: sub <szubrutin név> (<paraméterek>)

Példa:

sub Evade(int pwr) {
  Off (OUT_AC);

  OnRev(OUT_A, pwr);
  Wait(500);

  OnFwd(OUT_AC, pwr);
  Wait(500);

  Off (OUT_AC);

  OnRev(OUT_C, pwr);
  Wait(500);

  Off (OUT_AC);
}

task main() {
  // ...
  Evade(75);
  // ...
}

Taskok

Az NXC-ben a feladatokat alapvetően taskokba szervezzük. Egy program maximum 255 darab különböző nevű taskot tartalmazhat. Ezek között muszáj lennie egy main nevű tasknak (nagyjából mint natív C-ben), mert a program indulásakor ez a task indul el először, és ő indítja el a többit. A taskokban az az új az eddig C-ben megszokott függvényekhez képest, hogy a taskok képesek egymás mellett (valamilyen időosztásban) futni. Bármely task indíthat másik taskot, ám az elindított task csak akkor indul el, amikor az aktuális task lefutott.

A taskok elindításának és leállításának több módja is van. Az első, alapvető a start/stop utasítás, amelyek törzsébe egy adott task neve írható. Ezek nem túl praktikusak, mivel csak egy adott task indítását és leállítását teszik lehetővé. A task indításra sokkal gyakrabban használt függvény a Precedes(...), aminek a paraméter listáján bárhány, egymással párhuzamosan futó task nevét fel lehet sorolni. Az összes futó task leállítására használt függvény a StopAllTasks().

Egy task önmagát kétféle módon állíthatja meg. Az egyik, hogy a függvénytörzsének végére ér, a másik pedig az ExitTo(...) függvényt hívja meg. Az ExitTo()-nak kötelezően kell egy task paramétere legyen, amit a hívó task leállásakor elindít. FIGYELEM! Taskoknak soha sincsenek paramétereik!

Szintaktika: task <név> ()

Konkurens folyamatok vezérlése

A párhuzamosan futó taskokkal együtt megjelenik egy új probléma a számunkra. Mi van akkor, ha két task ugyan azt az erőforrást szeretné használni? Értelemszerűen ezt a helyzetet nekünk valamilyen úton-módon kezelnünk kell. Erre a problémára nézzünk is egy példát.

Tegyük fel, hogy van egy taskunk, amely folyamatosan egy négyzet mentén mozgatja a mi róverünket, de szeretnénk, ha a róverünk képes lenne a touch szenzor jelére az előtte lévő akadályt kikerülni. Ezen utóbbi probléma megoldására érdemes külön taskot létrehozni, egyrészt mivel a két folyamat logikailag különböző, másrészt mivel nehéz lenne ezeket egy taskon belül implementálni. Beláthatjuk, hogy ebben az esetben előfordulhat, hogy a két konkurens task a motoroknak, vagyis a közös erőforrásnak ellentétes utasítást ad, ami végül biztosan nem a helyes, elvárt működésre vezet.

Vegyük először is a két taskot:

task move_square() {
  while (true) {
    OnFwd(OUT_AC, 75);
    Wait(1000);

    OnRev(OUT_C, 75);
    Wait(500);
  }
}

task check_sensors() {
  while (true) {
    if (Sensor(IN_1) == 1) {
      OnRev(OUT_AC, 75);
      Wait(500);

      OnFwd(OUT_A, 75);
      Wait(500);
    }
  }
}

task main() {
  Precedes(move_square, check_sensors);
  SetSensorTouch(IN_1);
}

Láthatjuk, hogy előfordulhat olyan eset, amikor a check_sensors a neki előírt mozgást végzi, és éppen a wait függvénye fut. Eközben a move_square éppen felébred saját wait függvényéből, és belekontárkodik a kikerülésbe azáltal, hogy a motoroknak más parancsot ad ki, és fordítva.

Felmerül bennünk tehát az igény, hogy a taskok egymás között valahogyan jelezni tudják, hogy ők éppen beléptek a működésük egy olyan szakaszába, ahol ők olyan erőforrást (jelen esetben a motort) használnak, amit szeretnénk kizárólagosan használni. Ezt a szakaszt hívjuk kritikus szakasznak. A jelzésre több lehetőségünk is van, én mindössze egyfélének a két megvalósítási lehetőségét szeretném bemutatni.

Az ilyen problémák megoldására a legelterjedtebb megoldás egy szemafor használata. A szemafor működési elve a következő: Képzeljünk el egy vasúti átjárót, mint erőforrást. Ezt praktikusan (mondjuk nem Békéscsaba – Gyula vonalon) egyszerre kétféle jármű (task) szeretné használni: a vonat és az autó. Érezzük, hogy ha ezek egyszerre használják a vasúti átjárót, akkor annak súlyos negatív következményei vannak, tehát szeretnénk ezt elkerülni. A vasúti kereszteződésbe telepítsünk egy lámpát. Ez mutasson pirosat az autósnak, ha éppen vonat, és mutasson pirosat a vonatnak, ha éppen autó halad át az átjárón. Tegyük fel, hogy egy ideális világban a vonatnak nincs prioritása az autó felett. Ebben az esetben, ha az átjáróhoz először vonat érkezik, akkor a később érkező autósnak meg kell várnia azt, hogy a vonat elhaladjon, majd ő zöldet kapjon, és vica versa.

Esetünkben először legyen a szemafor egy sima bool érték (semaphor). Abban az esetben, ha az egyik task használja a motort, állítsa false-ra, majd mikor végzett, szabadítsa fel a szemafort, azt true értékűre átállítva. FIGYELEM! Soha ne felejtsük el a szemafort felszabadítani! Ennek megfelelően minden tasknak a kritikus szakaszba lépés előtt esetenként várnia kell arra, hogy a szemafor felszabaduljon. Ezt vagy egy while(!semaphor);-ral, vagy az NXC beépített until(semaphor); függvényével tehetjük meg. Az így kiegészített kód alább látható:

bool semaphor = false;

task move_square() {
  while (true) {
    until(semaphor);
    semaphor = false;

    OnFwd(OUT_AC, 75);
    Wait(1000);

    OnRev(OUT_C, 75);
    Wait(500);

    semaphor = true;
  }
}

task check_sensors() {
  while (true) {
    if (Sensor(IN_1) == 1) {
      until(semaphor);
      semaphor = false;

      OnRev(OUT_AC, 75);
      Wait(500);

      OnFwd(OUT_A, 75);
      Wait(500);

      semaphor = true;
    }
  }
}

A fenti kódrészlet szinte teljesen tökéletesnek tűnhet elsőre, ám kicsit gondoljuk tovább a dolgokat. Mivel a taskok egymással párhuzamosan, időosztásosan futnak, ezért vannak olyan időpillanatok, amikor az adott taskunk nem fut, helyette valaki más birtokolja a CPU időt. Mi van akkor, ha éppen a semaphor = false; parancs közben történik task váltás, és valamelyik következő tasknak sikerül előttünk lefoglalnia a kérdéses erőforrást? Ez bizony sajnos ugyanahhoz a problémához vezet, amit fentebb vázoltam. Ennek kivédésére a szemafor lefoglalását egy olyan műveletté kell tenni, ami alatt nem következhet be task váltás. Az ilyen műveleteket elemi műveleteknek nevezzük. Természetesen az NXC létezik erre létrehozott változó típussal és függvényekkel. Az ehhez használt speciális típust a mutex (MUTual EXclusion = kölcsönös kizárás) kulcsszóval lehet elérni. Az ilyen típusú változókat pedig „megszerezni” (Acquire()) és „elengedni” (Release()) lehet. Nézzük, hogy néz ki az így átalakított kód:

mutex semaphor;

task move_square() {
  while (true) {
    Acquire(semaphor);

    OnFwd(OUT_AC, 75);
    Wait(1000);

    OnRev(OUT_C, 75);
    Wait(500);

    Release(semaphor);
  }
}

task check_sensors() {
  while (true) {
    if (Sensor(IN_1) == 1) {
      Acquire(semaphor);

      OnRev(OUT_AC, 75);
      Wait(500);

      OnFwd(OUT_A, 75);
      Wait(500);

      Release(semaphor);
    }
  }
}

Láthattunk tehát egy egyszerű példát a konkurens folyamatok egyik hibalehetőségének a kivédésére. Az első és a második megoldást a gyakorlatban egyaránt lehet használni, mivel igen kicsi az esélye annak, hogy a szemafor lefoglalása közben következzen be task váltás.

Hasznos függvények

A következőkben pár új vagy nagyon hasznos függvényt szeretnék röviden és tömören bemutatni: