Факультативный спецкурс «Программирование на C++»

Антон Дедов
Дмитрий Иртегов
Никита Каменский
отдельно благодарим за участие в обсуждении преподавателя ФИТ В. Рылова

Цели и задачи

Цели курса:

1. Ознакомление с культурой и принятыми практиками программирования в сообществе C++, знакомство с современным состоянием языка.
2. Получение знаний, необходимых для создания более качественного и безопасного кода.
3. Формирование сознательного отношения к использованию тех или иных средств языка, а не изучение «крутых» трюков.

Основные темы курса:

Содержание курса

Курс условно разбит на несколько модулей. Каждый модуль логически объединяет смежные темы.

Модули содержат специфические примеры кода, которые, демонстрируют распространенные техники написания программ на C++, а так же использование стандартной библиотеки.

Список модулей:

1. Введение в язык
2. Объектно-ориентированное программирование на C++
3. Исключения
4. Шаблоны
5. Введение в стандартную библиотеку C++

Модули естественным образом разбиваются на части, минимальная единица – лекция. Лекции разных модулей могут перемежаться для облегчения понимания смежных тем из других модулей.

Введение в язык

Лекция 1

Длительность: 2часа

1. Назначение языка, краткая история, основные возможности.
2. Объявления и определения.
3. Встроенные типы данных. Переменные; квалификаторы const.
4. Выражения, операторы и управляющие структуры.
5. Указатели. Массивы. Строковые литералы. Ссылки.
6. Области видимости переменных.
7. Структуры как средство группирования данных.
8. Функции.
   Объявление и определение. Аргументы и возвращаемые значения. Аргументы по умолчанию. Указатели на функцию. Inline.
9. Перегрузка функций и операторов. Разрешение имен функций при перегрузке.
10. Структура программы. Понятие единицы трансляции. Понятие о правиле одного определения.

Лекция 2

Длительность: 2часа

1. Классы.
2. Члены класса.
   Ограничения доступа как средство для поддержки инкапсуляции. Дружба.
3. Объекты. Определение переменных-объектов.
4. Конструкторы и деструкторы классов. Порядок инициализации и уничтожения членов.
5. Способы размещения объектов в памяти: автоматический, динамический, статический.
6. Динамическая память. Операторы new, delete, delete[].
7. Генерируемые компилятором определения членов классов.
8. Использование объектов: вызов методов, передача объекта в качестве параметра функции. Понятие временного объекта.
9. Передача объектов по значению и по ссылке.

Лекция 3

Длительность: 1час, как и все последующие лекции.

1. Пространства имен.
   Пространства имен как область видимости. Открытость пространств имен. Безымянные пространства имен. Квалификаторы using. Fully specified name.
2. Поиск и разрешение имен. Поиск Кёнига.
3. Иерархии классов.
   Уровни доступа наследования. Иерархии is-a, и реализован посредством. Агрегирование как альтернатива наследованию.
4. Конструкторы и деструкторы.
   Порядок инициализации классов предков. Порядок вызовов деструкторов. Виртуальные деструкторы.
5. Виртуальные функции. Абстрактные классы.
6. Различие между перегрузкой, замещением и сокрытием функций.
7. Введение в множественное наследование.

Исключения (часть I)

Лекция 1

1. Назначение механизма исключений.
2. Группировка исключений.
3. Поимка исключений, порядок. Поимка по константной ссылке. Re-throw.
4. Ресурсы и исключения.
   Исключения в конструкторах. Использование std::auto_ptr и boost::shared_ptr. Идиома RAII.
5. Исключения и деструкторы.

Объектно-ориентированное программирование

Лекция 1

1. Основные принципы ООП.
2. Проектирование классов для разного назначения: объекты-значения, базовые классы, классы исключений, шаблоны классов и т.п.
3. Open-Close Principle как одна из целей объектно-ориентированной архитектуры.
4. Принцип подстановки Лисковой.

Лекция 2

1. Принцип интерфейса.
   Какие функции составляют интерфейс класса. Какие функции должны быть членами класса, какие нет.
2. Использование абстрактных классов.
   Делайте нетерминальные классы абстрактными. Dependency Inversion Principle. Interface Segregation Principle.
3. Инкапсуляция и проектирование интерфейса.
   Классы обладающие поведением должны скрывать данные. Смешивание открытых и закрытых членов вредно.
4. Паттерн невиртуального интерфейса (NVI pattern).

Лекция 3

1. Вопросы перегрузки операторов:
   • Перегрузка new, delete.
   • Перегрузка операторов ++, ->, [] и т.п.
   • Перегрузка операторов +, >>, <<.
   • Какие операторы не рекомендуется перегружать.
2. Вложенные классы.
3. Идиома Pimpl.
4. Паттерн Proxy.

Шаблоны (часть I)

Лекция 1

1. Понятие шаблона. Инстанцирование.
2. Шаблонные функции. Перегрузка.
3. Шаблоны классов.
4. Шаблоны членов классов.

Стандартная библиотека (часть I)

Лекция 1

1. Обзор и организация стандартной библиотеки.
2. Использование строк.
3. Контейнеры. Типы контейнеров.
   Последовательности, ассоциативные контейнеры, адаптеры контейнеров. Требования к стандартным контейнерам.

Шаблоны (часть II)

Лекция 1

1. Специализация шаблонов классов.
2. Частичная специализация шаблонов классов и шаблонов функций.
3. Примеры использования шаблонов: классы свойств; паттерн стратегия.

Стандартная библиотека (часть II)

Лекция 1

1. Алгоритмы.
   Описание наиболее популярных алгоритмов STL: find, for_each, copy, transform. Что делает алгоритм remove. Идиома erase(remove).
2. Итераторы.
   Что такое стандартный итератор STL. Типы итераторов. Как создавать итераторы совместимые со стандартными.

Лекция 2

1. Введение в потоки STL.
2. Потоковые итераторы.

Исключения (часть II)

Лекция 1

1. Разработка кода безопасного с точки зрения исключений.
2. Гарантии безопасности исключений (гарантии Абрамса).
3. Стратегии обработки ошибок и исключительных ситуаций.

Литература

Список литературы составлен в алфавитном порядке.

1. Андрей Александреску. Современное проектирование на С++. Обобщенное программирование и прикладные шаблоны проектирования. // 2002
2. Гради Буч. Объектно-ориентированный анализ и проектирование. С примерами приложений на C++. // 2000; В библиотеке НГУ
3. Дэвид Вандевурд, Николаи М. Джосаттис. Шаблоны C++. Справочник разработчика. // 2003; В библиотеке НГУ
4. Эрих Гамма, Ричард Хелм, Ральф Джонсон, Джон Влиссидес. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. // 2001; В библиотеке НГУ
5. Скотт Мейерс. Эффективное использование C++. 50 рекомендаций по улучшению ваших программ и проектов. // 2000 В библиотеке НГУ
6. Скотт Мейерс. Наиболее эффективное использование C++. 35 новых рекомендаций по улучшению ваших программ и проектов. // 2000 В библиотеке НГУ
7. Скотт Майерс. Эффективное использование STL. // 2002
8. Герб Саттер. Решение сложных задач на C++. // 2002
9. Герб Саттер. Новые сложные задачи на C++: 40 новых головоломных примеров с решениями. // 2005; В библиотеке НГУ
10. Герб Саттер и Андрей Александреску. Стандарты программирования на C++: 101 правило и рекомендация. // 2005; В библиотеке НГУ
11. Бьерн Страуструп. Язык программирования C++. // 2001; В библиотеке НГУ
12. Бьерн Страуструп. Дизайн и эволюция языка C++. // 2000
13. ISO/IEC 14882:1998(E), Programming Languages??? C++ (ISO and ANSI C++ standard).
14. Robert C. Martin. Design Principles and Design Patterns. // objectmentor.com 2000

Полезные ссылки

• http://public.research.att.com/~bs/ Bjarne Stroustrup's homepage.
• http://www.boost.org Boost libraries.
• http://www.sgi.com/tech/stl Online STL Documentation.
• http://www.gotw.ca/gotw Herb Sutter. Guru of the Week.
• http://objectmentor.com Object Mentor, Inc.
• http://c2.com/cgi/­wiki?OoDesignPrinciples OO Design Principles on Wiki Wiki Web?