Проектирование больших систем на С++ — различия между версиями

Материал из Кафедра математической кибернетики
Перейти к: навигация, поиск
 
(не показаны 412 промежуточные версии 4 участников)
Строка 1: Строка 1:
−
Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Занятия проводит [[Участник:KonovodovV|Коноводов В.А.]]
+
[[Категория:Спецкурсы кафедры МК]]
 +
[[Категория:Лекционные курсы кафедры МК]]
 +
[[Категория:Магистерская программа Дискретные управляющие системы и их приложения]]
 +
 
 +
Занятия проводятся по вторникам шестой парой (в 18:00).
  
−
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 метапрограммированием, умными указателями, исключениями, паттернами проектирования, тестированием, отладкой кода и др. Отдельно разбираются возможности современного языка С++, введенные в стандартах C++11/14/17/20: 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 2024 г. ==
 +
'''Занятия 29.10.2024 не будет!'''
 +
 +
* [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1daYZmqfhzrqL30kgwXsSy0f5zUFXY8yf5jTKFlMicJo/edit?usp=sharing Таблица результатов]
 +
* Первое занятие состоится 3 сентября.
 +
* Тест 1: 17.09.2024
 +
* Тест 2: 24.09.2024
 +
* Тест 3: 01.10.2024
 +
* Тест 4: 08.10.2024
 +
* Тест 5: 15.10.2024
 +
* Тест 6: 05.11.2024
 +
* Тест 7: 12.11.2024
 +
* Тест 8: 19.11.2024
 +
* Досрочный экзамен: DD.MM.YYYY HH:MM (ауд. NN)
 +
* Основной экзамен: DD.MM.YYYY HH:MM (ауд. NN)
 +
 +
== Экзамен ==
 +
Экзамен по курсу письменный. Максимальная сумма баллов за экзаменационную работу – 50.
 +
 +
* 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
 +
 +
За тесты на лекциях и выполнение дополнительных заданий можно получить следующие бонусы:
 +
* Оценка '''отлично''' (автомат)
 +
* Дополнительные баллы на экзамене (до 10 баллов, что является эквивалентом повышения итоговой оценки на 1 балл)
 +
* Возможность участвовать в досрочном экзамене
 +
 +
Критерии получения бонусов см. в таблице успеваемости.
 +
 +
[[Media: Pbs_exam_example.pdf|Пример экзаменационного варианта (pdf)]] (на баллы за каждое задание можно не обращать внимание, они будут скорректированы исходя из статистики прошлого года)
  
 
== Содержание курса ==
 
== Содержание курса ==
 +
'''Занятие 1.''' Организационные вопросы. C++ Style Guide. Вводный тест.
 +
* [https://github.com/catboost/catboost/blob/master/CPP_STYLE_GUIDE.md Yandex C++ Style Guide].
 +
* [https://google.github.io/styleguide/cppguide.html Google C++ Style Guide]
  
−
'''Занятие 1.''' Вводный тест. Вывод типов шаблонов и auto. Ключевое слово decltype. Инициализация с фигурными скобками.
+
'''Занятие 2.''' Некоторые особенности C++11, вывод типа. Модификаторы функций, псевдонимы, scoped enums. Constexpr-выражения и объекты. Шаблоны с переменным числом аргументов.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/YgMRuCOO5XNAnw Лекция 2]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/YQRRH-kfxgs_Kw Дополнительные слайды] (исключения вывода типа для auto, value-категории, информация для теста)
 +
* Книги Скотта Мейерса на английском языке можно найти на [https://aovst.cs.msu.ru/ сайте практикума 318 группы]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/dSbYR9vwi8SGQw Задание 1] (больше не принимается)
  
−
'''[[Media: Lection_pbscpp_2.pdf|Занятие 2]].''' Ключевые слова override и final. Удаленные функции. Псевдонимы. Перечисления с областью видимости. Объекты и функции constexpr.
+
'''Занятие 3.''' Лямбда-выражения. Связыватели. Некоторые особенности C++17.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/s_xbIq4nUrZ4PA Лекция 3]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/EsnIYzNCQylo9Q Задание 2] (больше не принимается)
  
−
'''[[Media: Lection_pbscpp_3.pdf|Занятие 3]].''' Лямбда-выражения, функторы и связыватели.
+
'''Занятие 4.''' Move-семантика, типы ссылок. Проблема перегрузки универсальных ссылок.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/kzEnu6IkyBDFyg Лекция 4]
  
−
'''Занятие 4.''' Семантика перемещения, std::move, перемещающие конструкторы и операторы перемещения, типы ссылок.
+
'''Занятие 5.''' Особенности перемещающих операций в классах. Умные указатели.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/h-uQEspqzaqR-g Лекция 5]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/wsD6fWbzC5OkmQ Задание 3] (больше не принимается)
 +
* [https://disk.yandex.ru/d/VCOpY0oE6NvgCQ Мемы про Ложкина]
  
−
== Задачи ==
+
'''Занятие 6.''' Умные указатели и владение памятью. Идиома CRTP.
−
'''[[Media: Pbscpp_tasks.pdf|Условия задач]]''' (список обновляется).
+
* [https://disk.yandex.ru/i/1Nl2sBwn6ZTNxw Лекция 6]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/h6TH_DyT4ctS2A Задание 4] (больше не принимается)
 +
* [https://mks2.cs.msu.ru/root/pbs_tree Код для задания 4]
  
 +
'''Занятие 7.''' Идиома PImpl. Паттерны проектирования Bridge, Command, Strategy, Singleton.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/EUs0mYjw8IVKeg Лекция 7]
 +
* [https://mks2.cs.msu.ru/root/pbs_examples_2024 Репозиторий, где пишем код на занятиях]
  
−
== Предварительный план ==
+
'''Занятие 8.''' Создание объектов с помощью фабрик. Паттерны проектирования Decorator и Visitor.  
−
1. Обзор основных особенностей C++11:
+
* [https://disk.yandex.ru/i/5-9XGr4aQR9C2w Лекция 8]
−
* выводы типов, auto, decltype, вывод возвращаемого значения
+
−
* 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 9.''' Идиома TypeErasure. Решение проблем перегрузки универсальных ссылок. Диспетчеризация дескрипторов. Правило SFINAE.
−
* шаблонное программирование
+
* Лекция 9
−
* метапрограммирование с макросами, x_macro
+
* Задание 5
−
* самостоятельное решение задач
+
−
* реализация списка типов и использование в фабриках
+
  
−
6. Обработка исключений. Гарантии безопасности исключений. Задача на класс исключений.
+
'''Занятие 10.''' Обработка исключений. Гарантии безопасности исключений. Неопределенное поведение.
 +
* Лекция 10
  
−
7. Параллелизм и многопоточность.  
+
'''Занятие 11.''' Тестирование кода, unit-тестирование, устранение зависимостей. Google C++ Testing Framework.  
−
* Data race и deadlock
+
* Лекция 11
−
* Способы синхронизации: mutex, atomic variable, condition variable, spin lock
+
* Задача 6
 +
* [http://google.github.io/googletest/ Документация по googletest]
  
 +
'''Занятие 12.''' Отладка и дебаг кода. Оптимизация программ на C++. Строки.
 +
* Лекция 12
 +
* Задача 7
 +
 +
'''Занятие 13.''' Оптимизация алгоритмов, функций, памяти. Плотная упаковка полей. Бинарная сериализация данных. Protobuf.
 +
* Лекция 13
 +
* Задача 8 и пример входного файла (дедлайн DD.MM.YYYY 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.
 +
* Лекция 14
  
 
== 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 65: Строка 121:
 
* 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]]
+
* [https://github.com/catboost/catboost/blob/master/CPP_STYLE_GUIDE.md Yandex C++ Style Guide].
−
[[Категория:Магистерская программа Дискретные управляющие системы и их приложения]]
+
* [https://google.github.io/styleguide/cppguide.html Google C++ Style Guide].

Текущая версия на 22:10, 22 октября 2024


Занятия проводятся по вторникам шестой парой (в 18:00).

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 метапрограммированием, умными указателями, исключениями, паттернами проектирования, тестированием, отладкой кода и др. Отдельно разбираются возможности современного языка С++, введенные в стандартах C++11/14/17/20: 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 2024 г.

Занятия 29.10.2024 не будет!

  • Таблица результатов
  • Первое занятие состоится 3 сентября.
  • Тест 1: 17.09.2024
  • Тест 2: 24.09.2024
  • Тест 3: 01.10.2024
  • Тест 4: 08.10.2024
  • Тест 5: 15.10.2024
  • Тест 6: 05.11.2024
  • Тест 7: 12.11.2024
  • Тест 8: 19.11.2024
  • Досрочный экзамен: DD.MM.YYYY HH:MM (ауд. NN)
  • Основной экзамен: DD.MM.YYYY HH:MM (ауд. NN)

Экзамен

Экзамен по курсу письменный. Максимальная сумма баллов за экзаменационную работу – 50.

  • 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

За тесты на лекциях и выполнение дополнительных заданий можно получить следующие бонусы:

  • Оценка отлично (автомат)
  • Дополнительные баллы на экзамене (до 10 баллов, что является эквивалентом повышения итоговой оценки на 1 балл)
  • Возможность участвовать в досрочном экзамене

Критерии получения бонусов см. в таблице успеваемости.

Пример экзаменационного варианта (pdf) (на баллы за каждое задание можно не обращать внимание, они будут скорректированы исходя из статистики прошлого года)

Содержание курса

Занятие 1. Организационные вопросы. C++ Style Guide. Вводный тест.

Занятие 2. Некоторые особенности C++11, вывод типа. Модификаторы функций, псевдонимы, scoped enums. Constexpr-выражения и объекты. Шаблоны с переменным числом аргументов.

Занятие 3. Лямбда-выражения. Связыватели. Некоторые особенности C++17.

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.

  • Лекция 9
  • Задание 5

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

  • Лекция 10

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

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

  • Лекция 12
  • Задача 7

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

  • Лекция 13
  • Задача 8 и пример входного файла (дедлайн DD.MM.YYYY 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.

  • Лекция 14

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.
  • Yandex C++ Style Guide.
  • Google C++ Style Guide.
Источник — «https://mk.cs.msu.ru/index.php?title=Проектирование_больших_систем_на_С%2B%2B&oldid=11478»