Проектирование больших систем на С++ — различия между версиями

Материал из Кафедра математической кибернетики
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Занятия в 2023 г)
 
(не показаны 380 промежуточные версии 3 участников)
Строка 1: Строка 1:
−
Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Занятия проводит [[Участник:KonovodovV|Коноводов В.А.]]
+
Занятия проводятся по вторникам пятой парой (в 16:20).
  
−
Занятия проходят по пятницам, с 8:45, в ауд. '''609'''.
+
Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Занятия проводит [[Участник:ZhukovVV|Владимир Владимирович Жуков.]]
  
−
В курсе рассматриваются темы, востребованные в промышленном программировании на языке C++. Разбираются вопросы, связанные с обобщенным программированием, интеллектуальными указателями, исключениями, паттернами проектирования и др. Отдельно разбираются возможности современного языка С++, введенные в стандартах C++11/14: вывод типов, семантика перемещения, rvalue-ссылки, поддержка многопоточности, лямбда-выражения и др.  
+
В курсе рассматриваются темы, востребованные в промышленном программировании на языке C++. Разбираются вопросы, связанные с обобщенным программированием, интеллектуальными указателями, исключениями, паттернами проектирования, тестированием и отладкой кода, и др. Отдельно разбираются возможности современного языка С++, введенные в стандартах C++11/14/17: вывод типов, семантика перемещения, rvalue-ссылки, поддержка многопоточности, лямбда-выражения и др.  
  
 
В задачи курса входят актуализация студентами знаний языка С++ и ознакомление с современными принципами проектирования больших систем с использованием языка C++.  
 
В задачи курса входят актуализация студентами знаний языка С++ и ознакомление с современными принципами проектирования больших систем с использованием языка C++.  
 
На занятиях предполагается разбор примеров использования конструкций языка и применения рассматриваемых методов проектирования, а также проведение промежуточных небольших тестов-контрольных.
 
На занятиях предполагается разбор примеров использования конструкций языка и применения рассматриваемых методов проектирования, а также проведение промежуточных небольших тестов-контрольных.
  
 +
[[Media: Pbscpp.pdf|Программа курса (pdf)]]
 +
 +
== Занятия в 2023 г ==
 +
* Первое занятие 5 сентября.
 +
* Таблица результатов [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1SdSPRlsNjM-yQA6FsgE4fHoGcZg-pVeSRhLJESx5tO0/edit?usp=sharing здесь]
 +
* Тест 1: 19.09.2023
 +
* Тест 2: 26.09.2023
 +
* Тест 3: 03.10.2023
 +
* Тест 4: 10.10.2023
 +
* Тест 5: 17.10.2023
 +
* Тест 6: 31.10.2023
 +
* Тест 7: 07.11.2023
 +
* Тест 8: 14.11.2023
 +
* Занятия 12.12.2023 не будет (время выделено для подготовки к экзамену).
 +
* Занятия 19.12.2023 не будет (вместо него проводится досрочный экзамен 22.12.2023)
 +
* Досрочный экзамен: 22.12.2023 16:20 (ауд. П-13)
 +
* Основной экзамен: 12.01.2024 13:00 (ауд. 510)
 +
 +
== Экзамен ==
 +
Экзамен по курсу письменный. Максимальная сумма баллов за экзаменационную работу – 50. Баллы, полученные за выполнение необязательных домашних задач и тестов на занятиях, суммируются с баллами, полученными за экзамен.
 +
 +
* Оценка '''отлично''': не менее 40 баллов
 +
* Оценка '''хорошо''': не менее 30 и не более 39 баллов
 +
* Оценка '''удовлетворительно''': не менее 20 и не более 29 баллов
 +
 +
Примеры экзаменационных задач: [[Media: cpp_exam_demo.pdf|pdf]].
  
 
== Содержание курса ==
 
== Содержание курса ==
 +
'''Занятие 1.''' Вводный тест. Некоторые особенности C++11, вывод типа.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/ol9LwgjFvDJ2wQ Лекции 1-2]
  
−
'''Занятие 1.''' Вводный тест. Вывод типов шаблонов и auto. Ключевое слово decltype. Инициализация с фигурными скобками.
+
'''Занятие 2.''' Модификаторы функций, псевдонимы, scoped enums. Constexpr-выражения и объекты. Шаблоны с переменным числом аргументов.  
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/5nYytG6lTHfPKg Добавка между лекциями 1 и 2]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/A8rMOAmvx9RLCg Задание 1] (больше не принимается)
  
−
== Предварительный план ==
+
'''Занятие 3.''' Лямбда-выражения. Структурное связывание. Неупорядоченные контейнеры. Вызовы функций.
−
1. Обзор основных особенностей C++11:
+
* [https://disk.yandex.ru/i/3n6m448BxzEmCA Лекция 3]
−
* выводы типов, auto, decltype, вывод возвращаемого значения
+
* [https://disk.yandex.ru/i/RFe77SdsNHZEmw Задание 2] (больше не принимается)
−
* ranged-based циклы, инициализация с фигурными скобками, override, final, scoped enums, static_assert
+
−
* lambda-выражения, функторы, связыватели и адаптеры
+
−
2. Семантика перемещения
+
−
* типы ссылок и rvalue
+
−
* std::move, std::forward и их применение
+
−
3. Умные указатели
+
−
* перегрузка операторов new, delete, аллокаторы.
+
−
* необходимость умных указателей и недостатки "голых указателей"
+
−
* uniq_ptr и исключительное владение
+
−
* shared_ptr и совместное владение, weak_ptr
+
−
* идеи intrusive_ptr и других указателей
+
−
* самостоятельная реализация shared_ptr
+
−
4. Паттерны проектирования
+
−
* идиома PImpl, паттерн Bridge
+
−
* паттерн Singleton
+
−
* паттерн Fabric Method
+
−
* паттерн Visitor и двойная диспетчеризация
+
−
* задача с самостоятельной реализацией
+
  
−
5. Метапрограммирование
+
'''Занятие 4.''' Move-семантика, типы ссылок. Проблема перегрузки универсальных ссылок.
−
* шаблонное программирование
+
* [https://disk.yandex.ru/i/ZAJSObjAUZ-OjA Лекция 4]
−
* метапрограммирование с макросами, x_macro
+
−
* самостоятельное решение задач
+
−
* реализация списка типов и использование в фабриках
+
  
−
6. Обработка исключений. Гарантии безопасности исключений. Задача на класс исключений.
+
'''Занятие 5.''' Особенности перемещающих операций в классах. Умные указатели.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/4KBOs1-sMwuigA Лекция 5]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/9jXUGQCa0CFK-g Задание 3] (больше не принимается)
 +
* [https://disk.yandex.ru/d/VCOpY0oE6NvgCQ Мемы про Ложкина]
  
−
7. Параллелизм и многопоточность.  
+
'''Занятие 6.''' Умные указатели и владение памятью. Идиома CRTP.
−
* Data race и deadlock
+
* [https://disk.yandex.ru/i/c0KClChq9Lt8WA Задание 4] (больше не принимается)
−
* Способы синхронизации: mutex, atomic variable, condition variable, spin lock
+
* [https://mks2.cs.msu.ru/root/pbs_tree Код для задания 4]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/vNz5KYNQkFMaOw Лекция 6 (CRTP)]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/0iK5tyzz49lz0g Лекция 6 (паттерны)]
  
 +
'''Занятие 7.''' Идиома PImpl. Паттерны проектирования Bridge, Command, Strategy, Singleton.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/wfePEM_d8ZY2mQ Лекции 7-8]
 +
* [https://mks2.cs.msu.ru/root/pbs_examples_2023 Репозиторий, где пишем код на занятиях]
 +
 +
'''Занятие 8.''' Создание объектов с помощью фабрик. Паттерны проектирования Decorator и Visitor.
 +
 +
'''Занятие 9.''' Идиома TypeErasure. Решение проблем перегрузки универсальных ссылок. Диспетчеризация дескрипторов. Правило SFINAE.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/4K4LIa19aFtCVQ Лекция 9]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/Z9b9GlniKyJgFg Задание 5] (задача 1 больше не принимается)
 +
 +
'''Занятие 10.''' Обработка исключений. Гарантии безопасности исключений. Неопределенное поведение.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/qRvOQ9Oa9MhWKg Лекция 10]
 +
* [https://disk.yandex.ru/d/xN7XO0vN9nJ9tQ Котики]
 +
 +
'''Занятие 11.''' Тестирование кода, unit-тестирование, устранение зависимостей. Google C++ Testing Framework.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/XwsjaABmL_LQ7g Лекция 11]
 +
* [http://google.github.io/googletest/ Документация по googletest]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/sPiYGVBB8XMI5A Задача 6] (больше не принимается)
 +
 +
'''Занятие 12.''' Отладка и дебаг кода. Оптимизация программ на C++. Строки.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/y35YB-wH9Q027A Лекция 12]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/NmHSBoajgecPyg Задача 7] (больше не принимается)
 +
 +
'''Занятие 13.''' Оптимизация алгоритмов, функций, памяти. Плотная упаковка полей. Бинарная сериализация данных. Protobuf.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/h1Ior-PL0FqzKA Лекция 13]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/ROVisBC3pdjy4g Задача 8] и [https://disk.yandex.ru/d/2xmJtmNRpxKORg пример входного файла] (дедлайн 19.12.2023 09:00)
 +
* Комментарии по проверке находятся в отдельном листе таблицы результатов.
 +
 +
'''Занятие 14.''' Новые стандарты языка C++20 и C++23. Корутины, концепты, ranges library.
  
 
== Литература ==
 
== Литература ==
 +
===Основная===
 
* С. Мейерс, Эффективный и современный С++: 42 рекомендации по использованию C++11 и C++14, изд. Вильямс, М.: 2017 г.
 
* С. Мейерс, Эффективный и современный С++: 42 рекомендации по использованию C++11 и C++14, изд. Вильямс, М.: 2017 г.
 +
* Ф. Пикус, Идиомы и паттерны проектирования в современном C++. ДМК Пресс, 2019 г.
 +
* CppCoreGuidelines (ред. Б. Страуструп, Г. Саттер) https://isocpp.github.io/CppCoreGuidelines/CppCoreGuidelines
 +
* Курт Гантерот: Оптимизация программ на C++. Проверенные методы повышения производительности. М.:Диалектика, 2017 г.
 +
 +
===Дополнительная===
 +
* Klaus Iglberger. C++ Software Design: Design Principles and Patterns for High-Quality Software. O'Reilly Media; 1st edition. 2022.
 +
* Anthony Williams. C++ Concurrency in Action: Practical Multithreading.
 
* А. Александреску, Современное проектирование на C++, изд. Вильямс, М.: 2017 г.
 
* А. Александреску, Современное проектирование на C++, изд. Вильямс, М.: 2017 г.
 
* Э.Гамма, Р.Хелм, Р.Джонсон, Дж. Влиссидес, Приемы объектно-ориентированного проектирования.  
 
* Э.Гамма, Р.Хелм, Р.Джонсон, Дж. Влиссидес, Приемы объектно-ориентированного проектирования.  
Строка 55: Строка 106:
 
* Б. Страуструп, Язык программирования С++, 4-е издание.
 
* Б. Страуструп, Язык программирования С++, 4-е издание.
 
* Б. Страуструп, Программирование. Принципы и практика использования C++.
 
* Б. Страуструп, Программирование. Принципы и практика использования C++.
−
* Б. Страуструп, Дизайн и эволюция языка С++.
+
* Вандевурд Д., Джосаттис Н. Шаблоны C++. Справочник разработчика.
−
* D. Abrahams, A. Gurtovoy C++ Template Metaprogramming.
+
* Курс [https://academy.yandex.ru/handbook/cpp Основы C++] от Академии Яндекса.
 +
* [http://google.github.io/googletest/ Документация] по Google Test.
 +
* [https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview?hl=en Документация] protobuf.
  
  
 
[[Категория:Лекционные курсы кафедры МК]]
 
[[Категория:Лекционные курсы кафедры МК]]
 
[[Категория:Магистерская программа Дискретные управляющие системы и их приложения]]
 
[[Категория:Магистерская программа Дискретные управляющие системы и их приложения]]

Текущая версия на 12:07, 12 января 2024

Занятия проводятся по вторникам пятой парой (в 16:20).

Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Занятия проводит Владимир Владимирович Жуков.

В курсе рассматриваются темы, востребованные в промышленном программировании на языке C++. Разбираются вопросы, связанные с обобщенным программированием, интеллектуальными указателями, исключениями, паттернами проектирования, тестированием и отладкой кода, и др. Отдельно разбираются возможности современного языка С++, введенные в стандартах C++11/14/17: вывод типов, семантика перемещения, rvalue-ссылки, поддержка многопоточности, лямбда-выражения и др.

В задачи курса входят актуализация студентами знаний языка С++ и ознакомление с современными принципами проектирования больших систем с использованием языка C++. На занятиях предполагается разбор примеров использования конструкций языка и применения рассматриваемых методов проектирования, а также проведение промежуточных небольших тестов-контрольных.

Программа курса (pdf)

Занятия в 2023 г

  • Первое занятие 5 сентября.
  • Таблица результатов здесь
  • Тест 1: 19.09.2023
  • Тест 2: 26.09.2023
  • Тест 3: 03.10.2023
  • Тест 4: 10.10.2023
  • Тест 5: 17.10.2023
  • Тест 6: 31.10.2023
  • Тест 7: 07.11.2023
  • Тест 8: 14.11.2023
  • Занятия 12.12.2023 не будет (время выделено для подготовки к экзамену).
  • Занятия 19.12.2023 не будет (вместо него проводится досрочный экзамен 22.12.2023)
  • Досрочный экзамен: 22.12.2023 16:20 (ауд. П-13)
  • Основной экзамен: 12.01.2024 13:00 (ауд. 510)

Экзамен

Экзамен по курсу письменный. Максимальная сумма баллов за экзаменационную работу – 50. Баллы, полученные за выполнение необязательных домашних задач и тестов на занятиях, суммируются с баллами, полученными за экзамен.

  • Оценка отлично: не менее 40 баллов
  • Оценка хорошо: не менее 30 и не более 39 баллов
  • Оценка удовлетворительно: не менее 20 и не более 29 баллов

Примеры экзаменационных задач: pdf.

Содержание курса

Занятие 1. Вводный тест. Некоторые особенности C++11, вывод типа.

Занятие 2. Модификаторы функций, псевдонимы, scoped enums. Constexpr-выражения и объекты. Шаблоны с переменным числом аргументов.

Занятие 3. Лямбда-выражения. Структурное связывание. Неупорядоченные контейнеры. Вызовы функций.

Занятие 4. Move-семантика, типы ссылок. Проблема перегрузки универсальных ссылок.

Занятие 5. Особенности перемещающих операций в классах. Умные указатели.

Занятие 6. Умные указатели и владение памятью. Идиома CRTP.

Занятие 7. Идиома PImpl. Паттерны проектирования Bridge, Command, Strategy, Singleton.

Занятие 8. Создание объектов с помощью фабрик. Паттерны проектирования Decorator и Visitor.

Занятие 9. Идиома TypeErasure. Решение проблем перегрузки универсальных ссылок. Диспетчеризация дескрипторов. Правило SFINAE.

Занятие 10. Обработка исключений. Гарантии безопасности исключений. Неопределенное поведение.

Занятие 11. Тестирование кода, unit-тестирование, устранение зависимостей. Google C++ Testing Framework.

Занятие 12. Отладка и дебаг кода. Оптимизация программ на C++. Строки.

Занятие 13. Оптимизация алгоритмов, функций, памяти. Плотная упаковка полей. Бинарная сериализация данных. Protobuf.

Занятие 14. Новые стандарты языка C++20 и C++23. Корутины, концепты, ranges library.

Литература

Основная

  • С. Мейерс, Эффективный и современный С++: 42 рекомендации по использованию C++11 и C++14, изд. Вильямс, М.: 2017 г.
  • Ф. Пикус, Идиомы и паттерны проектирования в современном C++. ДМК Пресс, 2019 г.
  • CppCoreGuidelines (ред. Б. Страуструп, Г. Саттер) https://isocpp.github.io/CppCoreGuidelines/CppCoreGuidelines
  • Курт Гантерот: Оптимизация программ на C++. Проверенные методы повышения производительности. М.:Диалектика, 2017 г.

Дополнительная

  • Klaus Iglberger. C++ Software Design: Design Principles and Patterns for High-Quality Software. O'Reilly Media; 1st edition. 2022.
  • Anthony Williams. C++ Concurrency in Action: Practical Multithreading.
  • А. Александреску, Современное проектирование на C++, изд. Вильямс, М.: 2017 г.
  • Э.Гамма, Р.Хелм, Р.Джонсон, Дж. Влиссидес, Приемы объектно-ориентированного проектирования.
  • Г. Саттер, А. Александреску, Стандарты программирования на С++. 101 правило и рекомендация.
  • Б. Страуструп, Язык программирования С++, 4-е издание.
  • Б. Страуструп, Программирование. Принципы и практика использования C++.
  • Вандевурд Д., Джосаттис Н. Шаблоны C++. Справочник разработчика.
  • Курс Основы C++ от Академии Яндекса.
  • Документация по Google Test.
  • Документация protobuf.
Источник — «https://mk.cs.msu.ru/index.php?title=Проектирование_больших_систем_на_С%2B%2B&oldid=10869»