Проектирование больших систем на С++ — различия между версиями

Материал из Кафедра математической кибернетики
Перейти к: навигация, поиск
(Новая страница: «Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Чтение …»)
 
(→‎Занятия в 2023 г)
 
(не показаны 387 промежуточные версии 4 участников)
Строка 1: Строка 1:
−
Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения.
+
Занятия проводятся по вторникам пятой парой (в 16:20).
  
−
Чтение курса обеспечивается кафедрой математической кибернетики, лектор к.т.н. Мелик-Адамян Арег Фрикович (areg@cs.msu.ru).
+
Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Занятия проводит [[Участник:ZhukovVV|Владимир Владимирович Жуков.]]
  
−
Рассматриваются вопросы, которые обычно остаются за рамками академических курсов по программированию на С++, но очень востребованы в промышленном программировании. Разбираются вопросы связанные с обобщенным программированием, шаблонами, перегрузкой, исключениями, множественным наследованием и стандартной библиотекой шаблонов. Отдельно разбираются новые возможности появившиеся в стандарте языка С++ 11 (C++11 Programming Language Standard ISO/IEC 14882:2011 ): семантика переноса и ссылки на временные объекты, внешние шаблоны, списки инициализации, поддержка многопоточности, лямбда выражения и др. Даются примеры использования из реальных САПР во время занятий.
+
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.  
  
−
Цель курса — научить приемам и навыкам промышленного программирования и прогаммной инженерии с помощью совереммного языка С++.
+
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.
  
−
Задачи курса:
+
[[Media: Pbscpp.pdf|Программа курса (pdf)]]
−
* актуализировать знание языка С++;
+
−
* способствовать пониманию студентами принципов и возможностей языка С++ для построения промышленных систем;
+
−
* ознакомить с технологией построения больших систем с использованием языка С++ на примере программирования современных САПР микроэлектроники.
+
  
−
Изучение курса основывается на знаниях, полученных студентами при изучении языков программирования ранее, а также приобретенных знаний на спец. курсах уроках по САПР и технологиям программирования.
+
== 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)
  
−
Представлено значительное число практических работ. Последовательность изучения материала также способствует облегчению понимания разделов связанных с технологиями программирования и интеграции курса с другими предметами, такими как технологии САПР. В программе уделяется очень большое внимание решению прикладных задач с помощью С++.
+
== 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 ==
−
'''Занятиe 1.''' Обзор основных возможностей С++ 14. Структура компилятора, структура компоновщка. Система хранения исходных кодов. Примеры.
+
'''Занятие 1.''' Вводный тест. Некоторые особенности C++11, вывод типа.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/ol9LwgjFvDJ2wQ Лекции 1-2]
  
−
'''Занятиe 2.''' Шаблоны. Перегрузка функций. Шаблонные функции. Специализация шаблонных функций. Разрешение конфликтов во время специализации. Классы шаблоны. Инстанциация классов-шаблонов. Правила для классов-шаблонов. Не функции-члены с шаблонными аргументами.
+
'''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)
  
−
'''Занятиe 3.''' Списки инициализации для членов класса. Списки инициализации во время простого наследования, множественного наследования, множественного наследования и композиции. Operator=, конструкторы и композиция. Публичное наследование. Виртуальные функции. Полиморфизм. Чистые виртуальные функции и абстрактные классы. Закрытое наследование, ассоциации.
+
'''Занятие 3.''' Лямбда-выражения. Структурное связывание. Неупорядоченные контейнеры. Вызовы функций.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/3n6m448BxzEmCA Лекция 3]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/RFe77SdsNHZEmw Задание 2] (больше не принимается)
  
−
'''Занятиe 4.''' Множественное наследование. Неопределенности при множественном наследовании. Виртуальный базовый класс. Правило доминирования. Список инициализации членов класса. Простой список. Шаблонный список. Итераторы. Шаблонные итераторы. Шаблоны и наследование.
+
'''Занятие 4.''' Move-семантика, типы ссылок. Проблема перегрузки универсальных ссылок.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/ZAJSObjAUZ-OjA Лекция 4]
  
−
'''Занятиe 5.''' Указатели на функции. Передача функций в качестве параметров. Указатели функций в С++. Функции обратного вызова. Функторы в STL. Bind. Boost::function и Boost::bind. Пример класса Cell.
+
'''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]
  
−
'''Занятиe 6.''' Исключения. Традиционные подходы к обработке ошибок. try, catch и throw. Множественные блоки catch. Список спецификации исключений. Повторный вызов исключений (rethrow). Очистка. Сопоставление исключений. Аллокация ресурсов. Конструкторы, десктрукторы и исключения. Стандартные исключения.
+
'''Занятие 6.''' Умные указатели и владение памятью. Идиома CRTP.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/c0KClChq9Lt8WA Задание 4] (больше не принимается)
 +
* [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)]
  
−
'''Занятиe 7.''' Стандартная библиотека шаблонов – STL. Принцип проектирования. Обобщенное программирование. Компоненты STL: алгоритмы, итераторы, контейнеры, функционалы. Адапторы. Примеры использования.  
+
'''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]
  
−
'''Занятиe 8.''' Ввод/вывод. Манипуляторы. Перегрузка операторов ввода/вывода. Файлы. Чтение и запись объектов. Обработка потоков внутри конструкторов и деструкторов.  Примеры.
+
'''Занятие 8.''' Создание объектов с помощью фабрик. Паттерны проектирования Decorator и Visitor.  
  
−
'''Занятиe 9.''' Эволюция языка. C++11. Зачем был нужен новый стандарт? Изменения в ядре языка: семантика переноса и ссылки на временные объекты. Внешние шаблоны. Списки инициализации. Циклы в диапазоне. Лямбда-выражения. Альтернативный синтаксис функций. Явная перегрузка и final. Вариадические шаблоны. Новые литералы. Поддержка многопоточности. Статический утверждения. Обновление STL. Возможности, которые не вошли в новый стандарт. Устаревшие и удаленные возможности.
+
'''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)
  
−
'''Занятиe 9.''' Шаблоны программирования. Обобщенное программирование. Применение.
+
'''Занятие 10.''' Обработка исключений. Гарантии безопасности исключений. Неопределенное поведение.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/qRvOQ9Oa9MhWKg Лекция 10]
 +
* [https://disk.yandex.ru/d/xN7XO0vN9nJ9tQ Котики]
  
−
'''Занятиe 10.''' Учебный пример проектирования и программирования системы физического проектирования микроэелктроники. Разбор входного формата. Внутреннее представление. Алгоритмы. Вывод.
+
'''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)
  
−
'''Занятия 11, 12.''' Практические занятия с примерами в аудитории. Желательно иметь ноутбук с собой.
+
'''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 ==
−
* ISO/IEC C++ Programming Language Standard 14482:2011.
+
===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.
 
* Г. Саттер, А. Александреску, Стандарты программирования на С++. 101 правило и рекомендация.
 
* 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.
−
* J. Lakos, Large Scale Software Design in C++, Addison-Wesley, 1996.
+
* Курс [https://academy.yandex.ru/handbook/cpp Основы C++] от Академии Яндекса.
−
* A. Fox, D. Patterson, Engineering Software as a Service: An Agile Approach Using Cloud Computing, Addison-Wesley, 2013.
+
* [http://google.github.io/googletest/ Документация] по Google Test.
−
* D. Spinellis, G. Gousios, Beautiful Architecture: Leading Thinkers Reveal the Hidden Beauty in Software Design, O’Reilly Media, 2009.
+
* [https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview?hl=en Документация] protobuf.
−
* N. Martz, J, Warren, Big Data:Principles and best practices of scalable realtime data systems, Manning, 2013.
+
−
* J. L. Hennessy and D. A. Patterson, Computer Architecture: A Quantitative Approach, 5th Edition, Morgan Kaufmann Publishing Co., Menlo Park, CA. 2013.  
+
  
  
 
[[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»