Конструирование программного обеспечения. Лекция 1. Введение

Обо мне
AI Research Engineer / Scientist @ Intel Corp.
C++, Python, DL/ML
Также работал в:
HARMAN (a Samsung company)
ИФМ РАН
ИПФ РАН
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
Контакты:
[phone] (phone, Telegram)

Организационная структура курса
Длительность
3 модуля: сентябрь -> март
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
Частота
1 пара лекций в неделю
1 пара практики в неделю
Отчетность
Устный экзамен в конце курса (последняя неделя 3-го модуля)

Тематическая структура курса
Классы
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
Standard Template Library (STL)
Ключевые классы, позволяющие решать задачи без изобретения велосипеда
Особенности новых стандартов С++ и продвинутые темы
Базовый синтаксис и понятия
Объектно-ориентированное программирование (ООП)
Паттерны ООП
Общепризнанная парадигма эффективной разработки ПО на уровне исходного кода
Наиболее часто встречающиеся приёмы в ООП
move-семантика, правые ссылки, coroutines, ranges, modules, concepts, ...

Рекомендованная литература
The C++ Programming Language (4th Edition)
Bjarne Stroustrup
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming

Рекомендованная литература
C++ Concurrency In Action (2nd edition, 2019)
Anthony Williams
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming

Рекомендованная литература
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
https://en.cppreference.com

История С++
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
1979 - появление нового языка под названием “C с классами”
1983 - языку дают название “C++”, бОльшая часть функционала современного С++ уже реализована
1987 - впервые выпущен GNU C++ компилятор как часть GCC
1990-1993 - поддержка шаблонов, исключений, пространств имен
1998 - опубликоан первый стандарт C++ (C++98)
2011 - опубликован стандарт C++11 published (серьезные улучшения в качестве жизни разработчиков С++)
2014 - опубликован стандарт C++14
2017 - опубликован стандарт C++17
2020 - опубликован стандарт C++20

Стандарты С++
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C++ - стандартизованный язык
Существуют конкретные документы, описывающие ключевую функциональность языка, которую должны поддерживать имеющиеся компиляторы и стандартные библиотеки С++
https://isocpp.org/std/the-standard

Стандарты С++
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C++98
C++03
C++11
C++14
C++17
C++20
Новые ревизии стандартов добавлюят новый функционал и ключевые слова (и иногда меняют имеющееся поведение)

Базовый процесс программирования на С++
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
Бинарный машинный код со служебной информацией
Текстовые файлы
Человеко-читаемые
Человеко-модифицируемые
Бинарный машинный код
.obj/.o

С++ и С
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C++ - «надмножество» языка С
Работающий код на С почти всегда будет работающим, будучи скомпилированным С++-компилятором, и выдавать тот же самый результат
#include
int main(int argc, char* argv[]) {
printf("Hello, World!\n");
int foo;
scanf("%d", &foo);
printf("%d", foo + 2);
return 0;
}

С++ и С
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
Встроенные типы данных

С++ и С
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C - ~32 ключевых слова

С++ и С
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C++ - >60 ключевых слов

С++ и С
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C++ отличается от С добавлением функционала, упрощающего написание программ в разных парадигмах («стилях» программирования)
Объектно-ориентированное программирование
Обобщенное программирование
Оперирование абстрактными контейнерами данных

С++ и С
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C++
#include
int main(int argc, char* argv[]) {
printf("Hello, World!\n");
int foo;
scanf("%d", &foo);
printf("%d", foo + 2);
return 0;
}
#include
int main(int argc, char* argv[]) {
std::cout << "Hello, World!\n";
int foo;
std::cin >> foo;
std::cout << (foo + 2);
return 0;
}
C
В С++ «принят» отличный от С стиль взаимодействия с вводом/выводом программы

С++ и С
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
C++
C
С++ использует иные ключевые слова для работы с динамической памятью
#include
int main(int argc, char* argv[]) {
char* my_dyn_arr = NULL;
my_dyn_arr = (char*) malloc(6 * sizeof(char));
my_dyn_arr[0] = 'H'; my_dyn_arr[1] = 'e';
my_dyn_arr[2] = 'l'; my_dyn_arr[3] = 'l';
my_dyn_arr[4] = 'o'; my_dyn_arr[5] = 0;
printf(my_dyn_arr);
free(my_dyn_arr);
return 0;
}
#include
int main(int argc, char* argv[]) {
char* my_dyn_arr = nullptr;
my_dyn_arr = new char[6];
my_dyn_arr[0] = 'H'; my_dyn_arr[1] = 'e';
my_dyn_arr[2] = 'l'; my_dyn_arr[3] = 'l';
my_dyn_arr[4] = 'o'; my_dyn_arr[5] = 0;
std::cout << my_dyn_arr;
delete[] my_dyn_arr;
return 0;
}

Базовый процесс программирования на С++
Введение
Конструирование программного обеспечения • С++ Programming
Бинарный машинный код со служебной информацией
Текстовые файлы
Человеко-читаемые
Человеко-модифицируемые
Бинарный машинный код
.obj/.o

Компиляторы и линковщики
Введение
Windows - cl.exe/link.exe
Microsoft Visual C++ Compiler (MSVC) - обычно входит в состав Visual Studio
C:\ cl.exe /c hello_world.cpp
C:\ dir
2021-09-01 15:43 332 hello_world.cpp
2021-09-01 15:45 52,471 hello_world.obj
C:\ link.exe /c hello_world.cpp
C:\ dir
2021-09-01 15:43 332 hello_world.cpp
2021-09-01 15:45 185,856 hello_world.exe
2021-09-01 15:45 52,471 hello_world.obj
компиляция
линковка

Компиляторы и линковщики
Введение
Linux - g++
GNU Compiler Collection - доступно в качестве пакета во всех версиях Linux, зачастую предустановлена
компиляция
линковка

Компиляторы и линковщики
Введение
Кросс-платформенный - clang
Фронт-энд (т.е. приложение, взаимодействующее с пользователем) для компиляции C/C++ с помощью фреймворка компиляторов LLVM; устанавливается дополнительно
компиляция
линковка

Интегрированные среды разработки (IDE) для С++
Введение
Windows:
MS Visual Studio
Visual Studio Code
Qt Creator
Code::Blocks
Notepad++
Linux:
Eclipse
CLion
Qt Creator
Code::Blocks
Vim

Отладка
Введение
Компиляторы для С++ - оптимизирующие
Компиляторы обязаны преобразовать исходный код в машинный корректным образом, но не обязаны, например, сохранять порядок машинных операций относительно порядка соответствующих строк в коде, или сохранять неиспользуемые куски кода
Программа скомпилировалась, но работает неправильно - что делать?
С++ поддерживает построчную отладку, точки останова и т. д.
Отладчик (debugger) - дополнительная программа, с помощью которого производится отладка
Отладчик естественным образом дополняет компилятор и линковщик; часто всё вместе называют “tool chain”
GDB - отладчик из GCC, LLDB - отладчик clang/LLVM, Microsoft Visual Studio Debugger - отладчик MSBuild/Visual Studio

Отладка
Введение
Такими же флагами контролируются и применяемые оптимизации:
Для того, чтобы отладить программу, необходимо скомпилировать ее специальным образом - обычно это указывается с помощью флага для компилятора
$ g++ -g hello_world.cpp -o hello_world_for_debug
$ g++ hello_world.cpp -O3 -o hello_world_for_release
$ g++ hello_world.cpp -O1 -o hello_world_with_less_opts