Download Modern CPP Programming - Download des Quellcodes Modern CPP Programming

Modern CPP Programming

C/C++

v1.8.0

Herunterladen

Moderne C++-Programmierung

C++03 / C++11 / C++14 / C++17 / C++20 / C++23 / C++26

Dieser Open-Access -Kurs richtet sich an diejenigen, die bereits mit C und objektorientierter Programmierung vertraut sind und ein Kompetenzniveau in der C++-Programmierung erreichen möchten. Der Kurs behandelt die Grundlagen der C++-Programmierung und geht weiter zu fortgeschrittener C++-Semantik und -Konzepten.

Hauptmerkmale :

Kostenlos und regelmäßig aktualisiert
26 Vorträge, über 1800 Folien
Beziehen Sie die neuesten Sprachstandardkonzepte und -funktionen ein
Praktischer Unterricht : nicht ausführliche, kurze strukturierte Beschreibungen im Zusammenhang mit Code
Minimale Codebeispiele, um nur eine bestimmte Funktion oder ein bestimmtes Problem zu zeigen, ohne abzuschweifen
Komplementäre Sprachaspekte : Tools, Codierungskonventionen, Projektorganisation und Codeoptimierung
Erfahrungsbasiert : Viele Aspekte, Beispiele und Probleme stammen aus realen Fällen, mit denen ich während meiner Arbeit als Softwareentwickler konfrontiert war

Wenn Ihnen der Kurs gefällt oder Sie ihn nützlich finden , fügen Sie bitte einen Stern hinzu

KAPITEL

#	TITEL	SCHWERPUNKT
1	Einführung (html)	Geschichte von C/C++, Anwendungsgebiete, Kurseinführung
2	Vorbereitung (html)	Bücher, Kompilieren, Hallo Welt
3	Grundkonzepte I (html)	Typsystem, Grundtypen und Operatoren
4	Grundkonzepte II (html)	Integral- und Gleitkommatypen und ihre Arithmetik
5	Grundkonzepte III (html)	Entitäten, Enumeratoren, Strukturen, Kontrollflussanweisungen
6	Grundkonzepte IV (html)	Heap, Stack, Zeiger, Referenzen, Const-Eigenschaften, Konvertierungsoperatoren
7	Grundkonzepte V (html)	Funktionen, Lambda-Ausdrücke, Vorverarbeitungsanweisungen
8	Objektorientierte Programmierung I (html)	Klassenhierarchie, Konstruktor, Destruktor, Klassenschlüsselwörter
9	Objektorientierte Programmierung II (html)	Polymorphismus, Operatorüberladung
10	Vorlagen und Metaprogrammierung I (html)	Funktionsvorlage, Typmerkmale, Dienstprogramme zur Kompilierungszeit
11	Vorlagen und Metaprogrammierung II (html)	Klassenvorlage, SFINAE
12	Übersetzungseinheiten I (html)	Verknüpfung und eine Definitionsregel
13	Übersetzungseinheiten II (html)	Umgang mit mehreren Übersetzungseinheiten und Dateien, `#include` , Modulen
14	Codekonventionen I (html)	Projektorganisation, Einführung in Codekonventionen, Entitätskonventionen
15	Codekonventionen II (html)	Vorlage, Namespace, modernes C++, Wartbarkeit, Benennung und Formatierungskonventionen
16	Debuggen und Testen (HTML)	Ausführungs-/Speicher-Debugging, Sanitizer, Harding-Techniken, Unit-Test, testgetriebene Entwicklung
17	Ökosystem (html)	Cmake, Dokumentation und andere Tools
18	Dienstprogramme (html)	Haupt- `std`
19	Container, Iteratoren und Algorithmen (html)	Container, Iteratoren, Algorithmen, Bereiche
20	Fortgeschrittene Themen I (html)	Bewegungssemantik, universelle Referenz, Typableitung
21	Fortgeschrittene Themen II (html)	Fehlerbehandlung, C++-Redewendungen, intelligente Zeiger
22	Leistungsoptimierungen I (html)	Ahmdal-Gesetz, Leistungsgrenzen, Architekturkonzepte (ILP, SIMD usw.), Speicherhierarchie
23	Leistungsoptimierungen II (html)	Arithmetische Optimierungen, Speicheroptimierungen usw.
24	Leistungsoptimierungen III (html)	Compiler-Optimierungen, Profiling, Benchmarking-Tools
25	Softwaredesign I (html)	Grundkonzepte, Prinzipien, Anwendungsfälle
26	Softwaredesign II (html)	Designmuster und Redewendungen

ALL-IN-ONE-BUCH : modern-cpp.pdf (könnte ein paar Commits zurückliegen), HTML

THEMEN IM DETAIL

1. Einführung

Eine kleine Geschichte der C/C++-Programmiersprachen
Anwendungsgebiete und Beliebtheit
C++-Philosophie
C++-Schwäche : C++-Alternativen, Warum ist der Wechsel zu einer neuen Sprache schwierig?
Der Kurs

2. Vorbereitung

Bücher und Referenzen
Folienlegende
Welchen Editor/welche IDE/welchen Compiler sollte ich verwenden?
Wie kompiliert man?
Hallo Welt : I/O-Stream

3. Grundkonzepte I – Typsystem, Grundtypen und Operatoren

Das C++-Typsystem : Typkategorien, Typeigenschaften
Übersicht über grundlegende C++-Typen : Arithmetische Typen, Suffix und Präfix, Nicht standardmäßige arithmetische Typen, void Typ, nullptr
Konvertierungsregeln
auto -Schlüsselwort
C++-Operatoren : Rangfolge der Operatoren, Präfix-/Postfix-Inkrementierungs-/Dekrementierungssemantik, Zuweisungs-, Verbund- und Kommaoperatoren, Raumschiffoperator <=> , sichere Vergleichsoperatoren

4. Grundkonzepte II – Integral- und Gleitkommatypen

Integrale Datentypen : Ganzzahlen mit fester Breite, size_t , ptrdiff_t , uintptr_t , arithmetische Operationssemantik, Heraufstufung, Trunkierung, undefiniertes Verhalten, Sättigungsarithmentik
Gleitkommatypen und Arithmetik : IEEE-Gleitkommastandard und andere Darstellungen, normale/denormale Werte, Unendlichkeit, keine Zahl ( NaN ), Maschinen-Epsilon, Einheiten am letzten Platz (ULP), Spickzettel, Grenzwerte und nützliche Funktionen, Arithmetik Eigenschaften, Verhalten bei Sonderwerten, Undefiniertes Verhalten, Gleitkommafehler erkennen
Gleitkomma-Probleme : Katastrophale Stornierung, Gleitkomma-Vergleich

5. Grundkonzepte III – Entitäten und Kontrollfluss

Entitäten
Erklärung und Definition
Aufzähler
struct , Bitfield, union
Kontrollfluss : if -Anweisung, for und while -Schleifen, Bereichsbasis for Schleife, switch , goto , Warnung vor nicht verwendeten Variablen vermeiden
Namespace : Expliziter globaler Namespace, Namespace-Alias, using der Deklaration, using namespace -Direktive, inline -Namespace
Attribute : [[nodiscard]] , [[maybe_unused]] , [[deprecated]] , [[noreturn]]

6. Grundkonzepte IV – Gedächtniskonzepte

Zeiger : Zeigeroperationen, Adressoperator & , Zugriff auf struct , void Zeiger, Zeigerkonvertierung, Zeigerarithmetik, Wild- und Dangling-Zeiger
Heap und Stack : Stapelspeicher, new , delete , nicht zuordnende Platzierungszuweisung, nicht werfende Zuweisung, Speicherverlust
Initialisierung : Variableninitialisierung, einheitliche Initialisierung, Array-Initialisierung, Strukturinitialisierung, Strukturbindung, dynamische Speicherinitialisierung
Referenzen
Const und konstante Ausdrücke : Inhalte und Literale, const , constexpr , consteval , constinit , if constexpr , std::is constant evaluated() , if consteval
volatile Schlüsselwort
Explizite Typkonvertierung : static_cast , const_cast , reinterpret_cast , Typ-Wortspiel, std::bit_cast , einheitliche Initialisierungskonvertierung, gls::narrow_cast
sizeof Operator : Übersicht, [[no_unique_address]]

7. Grundkonzepte V – Funktionen und Vorverarbeitung

Funktionen : Pass-by-Value, Pass-by-Pointer, Pass-by-Reference, Funktionssignatur und Überladung, Überladung und =delete , Standardparameter
Funktionszeiger und Funktionsobjekte
Lambda-Ausdrücke : Capture-Liste, Lambda-Ausdruck und Funktionsbeziehung, Parameterhinweise, Zusammensetzbarkeit, Rekursion, constexpr/consteval , template , mutable , [[nodiscard]] , Capture-Liste und Klassen
Vorverarbeitung : Präprozessoren, häufige Fehler, Quellspeicherort-Makros, bedingte Kompilierungsmakros, Stringisierungsoperator ( # ), #error und #warning , #pragma , Token-Pasting-Operator ## , Variadic-Makro

8. Objektorientierte Programmierung I – Klassenkonzepte

C++-Klassen : RAII-Idiom
Klassenhierarchie
Zugriffsspezifizierer : Vererbungszugriffsspezifizierer. Wann wird public/protected/private für Datenelemente verwendet?
Klassenkonstruktor : Standardkonstruktor, Klasseninitialisierung, einheitliche Initialisierung für Objekte, Delegatenkonstruktor, explicit Schlüsselwort, [[nodiscard]] und Klassen
Konstruktor kopieren
Klassenzerstörer
Standardkonstruktoren, Destruktoren und Operatoren ( = default )
Klassenschlüsselwörter : this , static , const , mutable , using , friend , delete

9. Objektorientierte Programmierung II – Polymorphismus und Operatorüberladung

Polymorphismus : C++-Mechanismen für Polymorphismus, virtual Methoden, virtuelle Tabelle, Schlüsselwort override , Schlüsselwort final , häufige Fehler, rein virtuelle Methode, abstrakte Klasse und Schnittstelle
Vererbungsumwandlung und Laufzeittypidentifizierung
Operatorüberladung : Übersicht, Vergleichsoperator < , Raumschiffoperator <=> , Indexoperator [] , Mehrdimensionaler Indexoperator [] , Funktionsaufrufoperator () , statischer Operator [] und Operator () , Konvertierungsoperator T() , Überladung des Rückgabetyps Auflösung, Inkrementierungs- und Dekrementierungsoperatoren ++ / -- , Zuweisungsoperator = , Stream-Operator << , Operatornotizen
C++-Objektlayout : Aggregat, Trivialklasse, Standardlayoutklasse, einfache alte Daten (POD), Hierarchie

10. Vorlagen und Metaprogrammierung I – Funktionsvorlagen und Dienstprogramme zur Kompilierungszeit

Funktionsvorlage : Übersicht, Vorlageninstanziierung, Vorlagenparameter, Vorlagenparameter – Standardwert, Überladung, Spezialisierung
Vorlagenvariable
Vorlagenparametertypen : Generische Typnotizen, auto Platzhalter, Klassenvorlagenparametertyp, Array- und Zeigertypen, Funktionstyp
Dienstprogramme zur Kompilierungszeit : static_assert , Schlüsselwort using , Schlüsselwort decltype
Typmerkmale : Übersicht, Typmerkmalsbibliothek, Typmanipulation

11. Vorlagen und Metaprogrammierung II – Klassenvorlagen und SFINAE

Klassenvorlage : Klassenspezialisierung, Klassenvorlagenkonstruktor
Automatischer Abzug der Konstruktorvorlage (CTAD)
Klassenvorlage – Erweiterte Konzepte : Klasse + Funktion – Spezialisierung, Abhängige Namen – typename und template , Klassenvorlagenhierarchie und using , friend -Schlüsselwort, Vorlagenvorlagenargumente
Vorlagen-Metaprogrammierung
SFINAE: Substitutionsfehler ist kein Fehler : Funktion SFINAE, Klasse SFINAE
Variadic-Vorlage : Faltausdruck, Variadic-Klassenvorlage
C++20-Konzepte : Übersicht, concept , requires Klausel, requires Ausdruck, requires Ausdruck + Klausel, requires Klausel + Ausdruck, requires und constexpr , Verschachtelte requires
Vorlagen-Debugging

12. Übersetzungseinheiten I – Verknüpfung und eine Definitionsregel

Grundkonzepte : Übersetzungseinheit, lokaler und globaler Geltungsbereich, Verknüpfung
Speicherklasse und -dauer : Speicherdauer, Speicherklasse, static Schlüsselwort, anonymer Namespace, extern Schlüsselwörter
Verknüpfung von const und constexpr : Fiasko der statischen Initialisierungsreihenfolge
Verknüpfungszusammenfassung
Umgang mit mehreren Übersetzungseinheiten : Klasse in mehreren Übersetzungseinheiten
One Definition Rule (ODR) : Globale Variablenprobleme, ODR – Punkt 3, inline Funktionen/Variablen, constexpr und inline
ODR – Funktionsvorlage : Fälle, extern Schlüsselwort
ODR – Klassenvorlage : Fälle, extern Schlüsselwort
ODR Undefiniertes Verhalten und Zusammenfassung

13. Übersetzungseinheiten II – Include, Modul und Namespace

#include Probleme : Include-Guard, Forward-Deklaration, zirkuläre Abhängigkeiten, häufige Verknüpfungsfehler
C++20-Module : Übersicht, Terminologie, Sichtbarkeit und Erreichbarkeit, Moduleinheitstypen, Schlüsselwörter, globales Modulfragment, privates Modulfragment, Header-Moduleinheit, Modulpartitionen
Kompilieren mehrerer Übersetzungseinheiten : Grundlegende Compiler-Flags, Kompilierungsmethoden
Bibliotheken in C++ : Statische Bibliothek, Statische Bibliotheken erstellen, Statische Bibliotheken verwenden, Dynamische Bibliothek, Dynamische Bibliotheken erstellen, Dynamische Bibliotheken verwenden, Binäre Anwendungsschnittstelle (ABI), Demangling, Dynamische Bibliotheksabhängigkeiten finden, Objekt-/ausführbare Symbole analysieren

14. Kodexkonventionen I

C++-Projektorganisation : Projektverzeichnisse, Projektdateien, „Allgemeine“ Notizen zur Projektorganisation, Alternative – „kanonische“ Projektorganisation
Codierungsstile und -konventionen : Übersicht, beliebte Codierungsstile
Header-Dateien und #include : #include Schutz, #include Syntax, Reihenfolge von #include , allgemeine Konventionen für Header-/Quelldateinamen
Vorverarbeitung : Makro, Vorverarbeitungsanweisungen
Variablen : static globale Variablen, Konvertierungen
Aufzähler
Arithmetische Typen : Vorzeichenbehaftete vs. vorzeichenlose Integraltypen, Konvertierung von Integraltypen, Integraltypen: Größe und andere Probleme, Gleitkommatypen
Funktionen : Funktionsparameter, Funktionsargumente, Funktionsrückgabewerte, Funktionsspezifizierer, Lambda-Ausdrücke
Strukturen und Klassen : struct vs. class , Initialisierung, geklammerte Initialisierungslisten, spezielle Mitgliedsfunktionen, =default , =delete , andere Probleme, Vererbung, Stil

15. Kodexkonventionen II

auto
Vorlagen und Typabzug
Kontrollfluss : Redundanter Kontrollfluss, if/else , Vergleich, switch , for/while
Namespace : using namespace Direktive, anonymer/unbenannter Namespace, Namespace- und Klassendesign, Stil
Moderne C++-Funktionen : Schlüsselwörter, Funktionen, Klasse, Bibliothek
Wartbarkeit : Codeverständnis, Funktionen, Vorlage und Debuction, Bibliothek
Portabilität
Benennung : Entitäten, Variablen, Funktionen, Stilkonventionen, Durchsetzung von Benennungsstilen
Lesbarkeit und Formatierung : Horizontaler Abstand, Zeiger/Referenzen, vertikaler Abstand, geschweifte Klammern, Typdekoratoren, Ausführlichkeit des Codes reduzieren, andere Probleme
Codedokumentation : Funktionsdokumentation, Kommentarsyntax, Dateidokumentation

16. Debuggen und Testen

Debugging-Übersicht
Behauptungen
Ausführungs-Debugging : Haltepunkte, Watchpoints/Catchpoints, Kontrollfluss, Stapel und Informationen, Drucken, Disassemblieren, std::breakpoint
Speicher-Debugging : valgrind
Härtungstechniken : Stack-Nutzung, Standardbibliotheksprüfungen, undefinierter Verhaltensschutz, Kontrollflussschutz
Desinfektionsmittel : Adressdesinfektionsmittel, Leckdesinfektionsmittel, Speicherdesinfektionsmittel, Undefiniertes Verhaltensdesinfektionsmittel, Sampling-basiertes Desinfektionsmittel
Debugging-Zusammenfassung
Compiler-Warnungen
Statische Analyse
Codetests : Unit-Tests, Testgetriebene Entwicklung (TDD), Codeabdeckung, Fuzz-Tests
Codequalität : clang-tidy

17. Ökosystem – Cmake und andere Tools

CMake : cmake und ctest
Code-Dokumentation : doxygen
Codestatistik : Codezeilen zählen, zyklomatischer Komplexitätsanalysator
Weitere Tools : Codeformatierung – clang-format , Compiler Explorer , Codetransformation – CppInsights , KI-gestützte Codevervollständigung – Lokale Codesuche – ugrep , ripgrep , hypergrep , Codesuchmaschine – searchcode/grep.app , Code-Benchmarking – Quick-Bench , Schriftart zum Codieren

18. Dienstprogramme

E/A-Stream : Manipulator, ofstream/ifstream
Strings : std::string , Konvertierung von/in numerische Werte, std::string_view , std::format , std::print
Ansicht : std::span
Mathematikbibliotheken
Zufallszahl : Grundkonzepte, C++ <random> , Seed, PRNG-Periode und -Qualität, Verteilung, aktuelle Algorithmen und Leistung, Quasi-zufällig
Zeitmessung : Wanduhrzeit, Benutzerzeit, Systemzeit
Standardklassenvorlagen : std::pair , std::tuple , std::variant , std::optional , std::any , std::stacktrace
Dateisystembibliothek : Methoden abfragen, Methoden ändern

19. Container, Iteratoren und Algorithmen

Container und Iteratoren
Sequenzcontainer : std::array , std::vector , std::deque , std::list , std::forward_list
Assoziative Container : std::set , std::map , std::multiset
Containeradapter : std::stack , std::queue , std::priority_queue
Implementieren Sie einen benutzerdefinierten Iterator : Implementieren Sie einen einfachen Iterator
Hinweise zum Iterator :
Methoden des Iterator-Dienstprogramms : std::advance , std::next , std::prev , std::distance , Containerzugriffsmethoden, Iteratormerkmale
Algorithmenbibliothek : std::find_if , std::sort , std::accumulate , std::generate , std::remove_if
C++20-Bereiche : Schlüsselkonzepte, Bereichsansicht, Bereichsadapter, Bereichsfabrik, Bereichsalgorithmen, Bereichsaktionen

20. Fortgeschrittene Themen I

Move-Semantik : lvalues und rvalues -Referenzen, Move-Semantik, std::move , Klassendeklarationssemantik
Universelle Referenz und perfekte Weiterleitung : Universelle Referenz, Regeln zum Reduzieren von Referenzen, perfekte Weiterleitung
Wertkategorien
& , && Ref-Qualifizierer und volatile Überladung
Elision und RVO kopieren
Typabzug : Pass-by-Reference, Pass-by-Pointer, Pass-by-Value, auto Abzug, auto(x) : Decay-Copy
const Korrektheit

21. Fortgeschrittene Themen II

Undefiniertes Verhalten: Unzulässiges Verhalten, plattformspezifisches Verhalten, nicht spezifiziertes Verhalten, Erkennung undefinierten Verhaltens
Fehlerbehandlung : Behebbare Fehlerbehandlung, Rückkehrcode, C++-Ausnahmen, Definieren benutzerdefinierter Ausnahmen, Schlüsselwort noexcept , Probleme bei der Speicherzuweisung, Rückkehrcode und Ausnahmezusammenfassung, std::expected , Alternative Ansätze zur Fehlerbehandlung
Intelligente Zeiger : std::unique_ptr , std::shared_ptr , std::weak_ptr
Parallelität : Thread-Methoden, Mutex, Atomic, aufgabenbasierte Parallelität

22. Optimierung I – Grundkonzepte

Einführung : Moores Gesetz, Grenzen des Mooreschen Gesetzes, Gründe für die Optimierung
Grundkonzepte : Asymptotische Komplexität, Zeit-Speicher-Kompromiss, Entwicklungszyklus, Ahmdal-Gesetz, Durchsatz, Bandbreite, Latenz, Leistungsgrenzen, arithmetische Intensität
Grundlegende Architekturkonzepte : Befehlsdurchsatz (IPC), In-Order- und Out-of-Order-Ausführung, Befehls-Pipelining, Parallelität auf Befehlsebene (ILP), Little-Gesetz, Parallelität auf Datenebene (DLP) und Vektorbefehle (SIMD), Thread-Level-Parallelität (TLP), Single Instruction Multiple Threads (SIMT), RISC- und CISC-Befehlssätze
Speicherhierarchie : Speicherhierarchiekonzepte, Speicherlokalität, Kern-zu-Kern-Latenz und Thread-Affinität, Speicherordnungsmodell

23. Optimierung II – Codeoptimierung

E/A-Operationen : printf , speicherzugeordnete E/A, beschleunigt das Laden von Rohdaten
Speicheroptimierungen : Heap-Speicher, Stapelspeicher, Cache-Nutzung, Datenausrichtung, Speicher-Prefetch
Arithmetische Typen : Datentypen, arithmetische Operationen, Konvertierung, Gleitkomma, intrinsische Compilerfunktionen, Wert in einem Bereich, Nachschlagetabelle
Kontrollfluss : Verzweigungen, Verzweigungshinweise – [[likely]] / [[unlikely]] , Ganzzahlen mit/ohne Vorzeichen, Schleifen, Schleifenanhebung, Schleifenabwicklung, Behauptungen, Compilerhinweise [[assume]]/std::unreacheable() , Rekursion
Funktionen : Funktionsaufrufkosten, Argumentübergabe, Funktionsinlining, Funktionsattribute, Zeiger-Aliasing
Objektorientierte Programmierung
Standardbibliothek und andere Sprachaspekte

24. Optimierung III – Nicht-codierende Optimierungen und Benchmarking

Compiler-Optimierungen : Über den Compiler, Compiler-Optimierungsflags, Gleitkomma-Optimierungsflags, Linker-Optimierungsflags, Architekturflags, Helfen Sie dem Compiler, besseren Code zu erstellen, Profilgeführte Optimierung (PGO), Nachbearbeitungs-Binäroptimierer, Polyedrische Optimierungen
Compiler-Transformationstechniken : Grundlegende Transformationen, Loop-Unswitching, Loop-Fusion, Loop-Spaltung, Loop-Austausch, Loop-Kacheln
Bibliotheken und Datenstrukturen
Leistungsbenchmarking : Was soll getestet werden?, Workload-/Datensatzqualität, Cache-Verhalten, stabile CPU-Leistung, Überlegungen zu Multithreads, Programmspeicherlayout, Messaufwand, Compiler-Optimierungen, Metrikbewertung
Profilierung : gprof , uftrace , callgrind , cachegrind , perf Linux-Profiler
Paralleles Rechnen : Parallelität vs. Parallelität, Leistungsskalierung, Gustafsons Gesetz, parallele Programmiersprachen

25. Softwaredesign I – Grundkonzepte (ENTWURF)

Bücher und Referenzen
Grundkonzepte : Abstraktion, Schnittstelle und Modul, Klasseninvariante
Prinzipien des Software-Designs : Trennung von Belangen, geringe Kopplung, hohe Kohäsion, Kapselung und Ausblenden von Informationen, Design durch Vertrag, Problemzerlegung, Code-Wiederverwendung
Softwarekomplexität : Softwareentropie, technische Schulden
Die SOLID-Designprinzipien
Klassendesign : Das Klassenschnittstellenprinzip, Mitgliedsfunktionen vs. freie Funktionen, Namespace-Funktionen vs. statische Klassenmethoden
BLAS GEMM-Fallstudie
Objekte und Ansichten besitzen
Wert vs. Referenzsemantik
Globale Variablen

26. Softwaredesign II – Designmuster und Redewendungen (ENTWURF)

C++-Redewendungen : Nullregel, Dreierregel, Fünferregel
Entwurfsmuster : Singleton, Zeiger auf Implementierung (PIMPL), Curiously Recurring Template Pattern (CRTP), virtuelle Vorlagenfunktionen