Проектирование больших систем на С++

Курс по магистерской программе Дискретные управляющие системы и их приложения. Занятия проводит Коноводов В.А.

Занятия проходят по пятницам, с 8:45, в ауд. 609.

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 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.

Содержание курса

Занятие 1. Вводный тест. Вывод типов шаблонов и auto. Ключевое слово decltype. Инициализация с фигурными скобками.

Занятие 2. Ключевые слова override и final. Удаленные функции. Псевдонимы. Перечисления с областью видимости. Объекты и функции constexpr.

Занятие 3. Лямбда-выражения, функторы и связыватели.

Занятие 4. Семантика перемещения, std::move, перемещающие конструкторы и операторы перемещения, типы ссылок.

Занятие 5. Универсальные ссылки, прямая передача, свертка ссылок, return value optimization, проблемы перегрузки.

Занятие 6. Операторы new, delete и аллокаторы. Умные указатели. std::unique_ptr.

Занятие 7. Указатели std::shared_ptr, std::weak_ptr, особенности использования make_shared.

Занятие 8. Идиомы CRTP, PIMPL. Примеры паттернов проектирования: Bridge, Command.

Занятие 9. Паттерны Singleton, Strategy, Decorator, Observer.

Занятие 10. Создание объектов с помощью фабрик. Паттерн Visitor.

Задачи

Условия задач (список обновляется).

Предварительный план

1. Обзор основных особенностей C++11:

• 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

• шаблонное программирование
• 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.

7. Параллелизм и многопоточность.

• Data race и deadlock
• Способы синхронизации: mutex, atomic variable, condition variable, spin lock

Литература

• С. Мейерс, Эффективный и современный С++: 42 рекомендации по использованию C++11 и C++14, 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.
• 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++.
• Б. Страуструп, Дизайн и эволюция языка С++.
• D. Abrahams, A. Gurtovoy C++ Template Metaprogramming.