Проектирование больших систем на С++ — различия между версиями

Материал из Кафедра математической кибернетики
Перейти к: навигация, поиск
 
(не показаны 313 промежуточные версии 4 участников)
Строка 1: Строка 1:
−
{{DISPLAYTITLE:Проектирование больших систем на С++}}
+
[[Категория:Спецкурсы кафедры МК]]
−
Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Занятия проводит [[Участник:KonovodovV|Коноводов В.А.]]
+
[[Категория:Лекционные курсы кафедры МК]]
 +
[[Категория:Магистерская программа Дискретные управляющие системы и их приложения]]
 +
 
 +
Занятия проводятся по вторникам шестой парой (в 18:00).
  
−
Занятия в осеннем семестре 2019 г. завершены.
+
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, 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 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_content2018.pdf|Программа курса 2018(pdf)]]
+
[[Media: Pbscpp.pdf|Программа курса (pdf)]]
  
−
==Задания по курсу==
+
== Занятия в 2024 г. ==
−
Суммарная оценка за задания по курсу выставляется из 50 баллов.
+
'''Занятия 05.11.2024 не будет! (преподаватель на больничном по уходу за собой)'''
−
Для студентов 421 группы задание 1 оценивается как дополнительное, вес задания 0.5.  
+
  
−
===Задание 1===
+
'''Занятия 29.10.2024 не будет! (конференция у 421 группы)'''
−
Задание обязательно для всех, кроме студентов 421ой группы.
+
−
Срок сдачи задания: 5 ноября 2019 г. 23:59.
+
−
* [[Media:Pbscpp_problem1_2019.pdf|Условие]].
+
−
* [https://github.com/konovodov/cmc_msu_cpp_course/tree/master/problem1 Ссылка на код].
+
  
−
===Задание 2===
+
* [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1daYZmqfhzrqL30kgwXsSy0f5zUFXY8yf5jTKFlMicJo/edit?usp=sharing Таблица результатов]
−
Задание обязательно для всех.
+
* 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: 12.11.2024
 +
* Тест 7: 19.11.2024
 +
* Тест 8: 26.11.2024
 +
* Досрочный экзамен: 24.12.2024 18:00 (ауд. 504)
 +
* Основной экзамен: 12.01.2025 13:00 (ауд. 510)
  
−
Срок сдачи задания для всех, кроме студентов 421ой группы: 7 декабря 2019 г. 23:59.
+
== Экзамен ==
 +
Экзамен по курсу письменный. Максимальная сумма баллов за экзаменационную работу – 54.
  
−
Студенты 421ой группы сдают это задание в рамках практикума.
+
* Оценка '''отлично''': не менее 40 баллов
−
* [[Media:Pbscpp_problem2_2019.pdf|Условие]].
+
* 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_2024.pdf|Пример экзаменационного варианта (pdf)]]
  
 
== Содержание курса ==
 
== Содержание курса ==
−
'''Занятие 1.''' Вводный тест. Особенности языка C++11. Вывод типов. Ключевые слова decltype и auto. Ключевые слова override и final. Удаленные функции.
+
'''Занятие 1.''' Организационные вопросы. C++ Style Guide. Вводный тест.
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_1.pdf|Лекция 1]].
+
* [https://github.com/catboost/catboost/blob/master/CPP_STYLE_GUIDE.md Yandex C++ Style Guide].
−
'''Занятие 2.''' Разбор задач из теста. Особенности языка C++11/14/17: псевдонимы, constexpr, структурное связывание, variadic templates, lambda-функции.
+
* [https://google.github.io/styleguide/cppguide.html Google C++ Style Guide]
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_2.pdf|Лекция 2]].
+
−
* [[Media: pbscpp_task1.pdf|Задача]]. (больше не принимается)
+
−
'''Занятие 3.''' Особенности lambda-функций. Неупорядоченные контейнеры hashmap/hashset. Функторы и связыватели. std::bind, std::invoke, std::apply.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_3.pdf|Лекция 3]].
+
−
* [[Media: pbscpp_task2.pdf|Задача]].(больше не принимается)
+
−
'''Занятие 4.''' Ссылки и копии. Алиасинг. Невладеющий std::string_view. Типы ссылок. Move-семантика. RVO.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_4.pdf|Лекция 4]].
+
−
'''Занятие 5.''' Проблемы перегрузки с универсальными ссылками. Операторы new и delete. Умные указатели. std::shared_ptr, std::unique_ptr.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_5.pdf|Лекция 5]].
+
−
* [[Media: pbscpp_task3.pdf|Задача]]. (больше не принимается)
+
−
'''Занятие 6.''' Указатель std::weak_ptr. Рекурсивный шаблон CRTP. Идиома PImpl.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_6.pdf|Лекция 6]].
+
−
'''Занятие 7.''' Паттерны проектирования Bridge, Command, Strategy, Singleton.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_7.pdf|Лекция 7]].
+
−
'''Занятие 8.''' Паттерны проектирования Decorator, Observer, Factory.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_8.pdf|Лекция 8]].
+
−
* [[Media: Lecture_8_test_task1.pdf|Условие задачи из теста]].
+
−
'''Занятие 9.''' Паттерн проектирования Visitor. Идиома Type Erasure. Диспетчеризация дескрипторов.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_9.pdf|Лекция 9]].
+
−
'''Занятие 10.''' Правило SFINAE, примеры. Способы тестирования кода. Unit-тестирование и устранение зависимостей.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_10.pdf|Лекция 10]].
+
−
'''Занятие 11.''' Mock-объекты в тестировании. Поиск проблем с помощью gdb, strace. Обработка ошибок и исключений.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_11.pdf|Лекция 11]].
+
−
* [https://github.com/konovodov/cmc_msu_cpp_course/tree/master/testing Ссылка на код про тесты с занятия].
+
−
* [[Media: pbscpp_task5.pdf|Задачи]].(больше не принимаются)
+
−
'''Занятие 12.''' Исключения в стандартной библиотеке, std::exception_ptr, идиома ValueOrError. Итераторы и iterator_traits в C++17.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_12.pdf|Лекция 12]].
+
−
* [[Media: pbscpp_tas6.pdf|Задача]]. (больше не принимается)
+
−
'''Занятие 13.''' Оптимизация программ на C++. Оптимизации строк, идиома COW. Оптимизация алгоритмов.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_13.pdf|Лекция 13]].
+
−
'''Занятие 14.''' Оптимизация программ на С++: функции, инструкции, размещение в динамической памяти. Дополнения: строковые литералы, идиома X macro.
+
−
* [[Media: Lecture_pbscpp_14.pdf|Лекция 14]].
+
−
* [[Media: pbscpp_task7.pdf|Задачи]].
+
  
−
== Критерии оценок ==
+
'''Занятие 2.''' Некоторые особенности C++11, вывод типа. Модификаторы функций, псевдонимы, scoped enums. Constexpr-выражения и объекты. Шаблоны с переменным числом аргументов.
−
'''Таблица результатов 2019''' [https://clck.ru/JCKum ссылка] (знаки вопроса означают, что решение получено, но не проверялось; отсутствие знака вопроса не означает, что решение не получено)
+
* [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)
  
−
Экзамен по курсу письменный. Максимальная сумма баллов – 50. Баллы, полученные за выполнение домашних заданий (максимум – 50), дополнительных задач и тестов на занятиях, суммируются с баллами, полученными за экзамен.
+
'''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)
  
−
* Оценка отлично: не менее 80 баллов
+
'''Занятие 4.''' Move-семантика, типы ссылок. Проблема перегрузки универсальных ссылок.
−
* Оценка хорошо: не менее 70 и не более 79 баллов
+
* [https://disk.yandex.ru/i/kzEnu6IkyBDFyg Лекция 4]
−
* Оценка удовлетворительно: не менее 55 и не более 69 баллов
+
 
 +
'''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]
 +
 
 +
'''Занятие 6.''' Умные указатели и владение памятью. Идиома CRTP.
 +
* [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]
 +
 
 +
'''Занятие 8.''' Создание объектов с помощью фабрик. Паттерны проектирования Decorator и Visitor.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/5-9XGr4aQR9C2w Лекция 8]
 +
 
 +
'''Занятие 9.''' Идиома TypeErasure. Решение проблем перегрузки универсальных ссылок. Диспетчеризация дескрипторов. Правило SFINAE.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/6Ggf49W6ABX9Ag Лекция 9]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/wjUqFUiAv4dK_A Задание 5]
 +
 
 +
'''Занятие 10.''' Обработка исключений. Гарантии безопасности исключений. Неопределенное поведение.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/A0z1X7NJZLPNFQ Лекция 10]
 +
* [https://disk.yandex.ru/d/xN7XO0vN9nJ9tQ Котики 2023]
 +
* [https://disk.yandex.ru/d/-yCZ26QYPEh8iQ Котики 2024]
 +
 
 +
'''Занятие 11.''' Тестирование кода, unit-тестирование, устранение зависимостей. Google C++ Testing Framework.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/VX2GqMOB9t76wA Лекция 11]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/PszIrXsYR52scg Задача 6]
 +
* [http://google.github.io/googletest/ Документация по googletest]
 +
 
 +
'''Занятие 12.''' Отладка и дебаг кода. Оптимизация программ на C++. Строки.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/gzYOfpC0JfJPJw Лекция 12]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/Du4WrQRZeGi0RQ Задача 7]
 +
 
 +
'''Занятие 13.''' Оптимизация алгоритмов, функций, памяти. Плотная упаковка полей. Бинарная сериализация данных. Protobuf.
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/A39zehIlyOn3qg Лекция 13]
 +
* [https://disk.yandex.ru/i/XXJ48YldZyX9aw Задача 8] и [https://disk.yandex.ru/d/1Eur7mnEAK2hHw пример входного файла]
 +
* Комментарии по проверке находятся в отдельном листе таблицы результатов.
 +
 
 +
'''Занятие 14.''' Новые стандарты языка C++20 и C++23. Корутины, концепты, ranges library.
 +
* [https://disk.yandex.ru/d/8efRlJsZ9ZFA2g Презентации докладов]
  
 
== 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.
 
* 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.  
 
* 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.
Строка 85: Строка 125:
 
* 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++.
−
* Курт Гантерот: Оптимизация программ на C++. Проверенные методы повышения производительности.
 
 
* Вандевурд Д., Джосаттис Н. Шаблоны C++. Справочник разработчика.
 
* Вандевурд Д., Джосаттис Н. Шаблоны C++. Справочник разработчика.
−
* CppCoreGuidelines (ред. Б. Страуструп, Г. Саттер) https://isocpp.github.io/CppCoreGuidelines/CppCoreGuidelines
+
* 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 04:48, 23 декабря 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 05.11.2024 не будет! (преподаватель на больничном по уходу за собой)

Занятия 29.10.2024 не будет! (конференция у 421 группы)

  • 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: 12.11.2024
  • Тест 7: 19.11.2024
  • Тест 8: 26.11.2024
  • Досрочный экзамен: 24.12.2024 18:00 (ауд. 504)
  • Основной экзамен: 12.01.2025 13:00 (ауд. 510)

Экзамен

Экзамен по курсу письменный. Максимальная сумма баллов за экзаменационную работу – 54.

  • 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)

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.

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.
  • 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=11649»