Programowanie w języku C++

Bogusław Cyganek

Uzyskaj dostęp

Zakup książkę

ISBN/ISSN:

978-83-01-22906-1

DOI:

Wydawnictwo:

Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania:

2023

Liczba stron:

732

XML:ISBN/ISSN:

ONIX MARC21

Bibliografia:

Cyganek, Bogusław. Programowanie w języku C++. Red. . Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2023, 732 s. ISBN 978-83-01-22906-1

Bibliografia refWorks:

RT Book, Whole

SR Electronic(1)

A1 Cyganek, B.

T1 Programowanie w języku C++

PB Wydawnictwo Naukowe PWN

PP Warszawa

YR 2023

SN 978-83-01-22906-1

Bibliografia BibTex:

@Book{ 286581, author = "Cyganek, Bogusław", editor = "", title = "Programowanie w języku C++", publisher = "Wydawnictwo Naukowe PWN", year = "2023", address = "Warszawa", isbn = "978-83-01-22906-1" }

Bibliografia endNote:

TY - BOOK

AU - Cyganek, Bogusław

ED -

TI - Programowanie w języku C++

PB - Wydawnictwo Naukowe PWN

CY - Warszawa

PY - 2023

SN - 978-83-01-22906-1

ER -

Netografia (standard APA):

Cyganek, Bogusław. Programowanie w języku C++ [baza danych online] Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2023 [dostęp: 22 07 2024]. Dostęp w Ibuk Libra: https://libra.ibuk.pl/reader/programowanie-w-jezyku-c-boguslaw-cyganek-286581.

język C++, programowanie obiektowe, arytmetyka komputerowa, Język C, zarządzanie pamięcią, programowanie w języku C, podstawy języka C, programowanie równoległe

Wyjątkowy podręcznik omawiający podstawy nowoczesnego języka C++. Profesor Bogusław Cyganek, ceniony ekspert w dziedzinach widzenia komputerowego, sztucznej inteligencji oraz programowania systemów mikroprocesorowych, prezentuje obszerne lekcje p...

Więcej

ISBN/ISSN:

978-83-01-22906-1

DOI:

Wydawnictwo:

Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania:

2023

Liczba stron:

732

XML:ISBN/ISSN:

ONIX MARC21

Przedmowa14
Podziękowania16
Podziękowania do wydania polskiego18
Wykaz skrótów20
1. Wprowadzenie22
1.1. Struktura książki28
1.2. Konwencje formatowania31
1.3. O kodzie i projektach33
2. Wprowadzenie do programowania36
2.1. Model sprzętowy36
2.2. Ekosystem tworzenia oprogramowania40
2.3. Etapy tworzenia oprogramowania43
2.4. Reprezentacja i uruchamianie algorytmów45
2.4.1. Reprezentowanie algorytmów45
2.4.2. Korzystanie z kompilatorów dostępnych w Internecie47
2.4.3. Struktura programu w C++49
2.4.4. Analiza kodu50
2.4.5. (•) Budowa linuksowej postaci wykonywalnej51
2.5. Przykładowy projekt – kalkulator procentu składanego54
2.5.1. Analiza procentu składanego55
2.5.2. Implementacja kalkulatora procentu składanego56
2.5.3. Budowanie i uruchamianie oprogramowania59
2.6. Przykładowy projekt – zliczanie wystąpień znaków w tekście60
2.6.1. Analiza problemu i implementacja60
2.6.2. Uruchomienie kodu C++ za pomocą kompilatora dostępnego w Internecie62
2.6.3. Kod histogramu – wyjaśnienie63
2.7. Podsumowanie66
Pytania i ćwiczenia66
3. Podstawy C++70
3.1. Stałe i zmienne – wbudowane typy danych, ich zakres oraz inicjalizacja70
3.2. Przykładowy projekt – zbieranie ocen studentów81
3.3. Nasz przyjaciel debugger85
3.4. Podstawowa struktura danych – std::vector88
3.5. Przykładowy projekt – implementowanie macierzy w postaci wektora wektorów94
3.6. Specjalny wektor do przechowywania tekstu – std::string96
3.7. Słowo kluczowe auto oraz decltype do automatycznej dedukcji typu102
3.8. Popularne algorytmy standardowe105
3.9. Struktury: zbieranie obiektów różnego typu109
3.10. (•) Tablice o stałym rozmiarze114
3.10.1. Wielowymiarowe tablice o stałym rozmiarze116
3.11. Referencje118
3.12. (•) Wskaźniki122
3.12.1. Dostęp do obiektów za pomocą wskaźników122
3.13. Instrukcje127
3.13.1. Bloki instrukcji oraz dostęp do zmiennych – rola nawiasów klamrowych128
3.13.2. Instrukcje C++130
3.13.2.1. Instrukcje warunkowe130
3.13.2.2. Instrukcje pętli136
3.13.2.3. Instrukcje pomocnicze – continue oraz break141
3.13.2.4. Instrukcja goto143
3.13.2.5. Strukturalna obsługa wyjątków – instrukcja try-catch143
3.14. Funkcje145
3.14.1. Anatomia funkcji w C++146
3.14.2. Przekazywanie argumentów do i z funkcji151
3.14.2.1. Przekazywanie argumentów przez kopię (semantyka wartości)152
3.14.2.2. Pośrednie przekazywanie argumentów przez referencję154
3.14.2.3. (•) Przekazywanie przez wskaźnik156
3.14.3. Mechanizm wywoływania funkcji i funkcje wbudowane158
3.14.4. Funkcje rekurencyjne i stos wywołań160
3.14.5. Przeciążanie funkcji – rozwiązywanie widoczności za pomocą przestrzeni nazw161
3.14.6. Funkcje lambda164
3.14.7. (•) Więcej na temat funkcji lambda169
3.14.8. (•) Wskaźniki do funkcji175
3.14.9. (•) Funkcje w środowisku obiektowym177
3.15. Przykładowy projekt – opakowywanie obiektów strukturą z konstruktorem179
3.15.1. EMatrix w środowisku obiektowym182
3.15.2. Podstawowe operacje z użyciem EMatrix183
3.15.3. Operacje wejścia i wyjścia na EMatrix185
3.15.4. Proste operacje matematyczne na macierzy EMatrix187
3.15.5. Organizowanie plików projektu i uruchamianie aplikacji189
3.15.6. Rozszerzanie inicjalizacji macierzy za pomocą prostego generatora liczb losowych192
3.16. Przykładowy projekt – reprezentowanie równań kwadratowych194
3.16.1. Definicja klasy do reprezentowania wielomianów kwadratowych195
3.16.2. Implementacja składowych TQuadEq195
3.16.3. TQuadEq w akcji206
3.17. Przykładowy projekt – krotki i powiązania strukturalne do konwertowania liczb rzymskich207
3.17.1. Więcej o std::tuple i powiązaniu strukturalnym211
3.17.2. Jak napisać test jednostkowy oprogramowania213
3.17.3. Automatyzowanie testów jednostkowych – z użyciem standardowej biblioteki liczb losowych214
3.18. Projekt przykładowy – tworzenie komponentu kalkulatora walutowego217
3.18.1. Analiza problemu wymiany walut217
3.18.2. Projekt oprogramowania CurrencyCalc220
3.18.3. Klasa TCurrency reprezentująca rekordy walut221
3.18.3.1. Manipulatory wejścia/wyjścia C++224
3.18.4. Klasa TCurrencyExchanger do wymiany walut226
3.18.5. Łączenie wszystkiego w całość – kompletny program wymiany walut231
3.19. Operatory237
3.19.1. Podsumowanie operatorów C++240
3.19.2. Dalsze uwagi na temat operatorów264
3.20. Podsumowanie265
Pytania i ćwiczenia266
4. Zgłębianie programowania obiektowego270
4.1. Podstawowe reguły oraz filozofia projektowania i programowania obiektowego271
4.2. Anatomia klasy275
4.2.1. Konwencja nazewnictwa i samodokumentujący się kod278
4.3. Reguły uzyskiwania dostępu do składowych klasy278
4.4. Przykładowy projekt – klasa TComplex do przeciążania operatorów281
4.4.1. Definicja klasy TComplex282
4.4.2. Definicja składowych klasy TComplex288
4.4.3. Funkcje testujące dla klasy TComplex290
4.5. Więcej o referencjach294
4.5.1. Referencje prawostronne i przekazywania294
4.5.2. Referencje kontra wskaźniki299
4.5.3. Pułapki z referencjami300
4.6. Przykładowy projekt – opanowywanie składowych klasy z użyciem klasy TheCube302
4.6.1. Automatyczna kontra jawna definicja konstruktorów303
4.6.2. Układ i semantyka obiektu TheCube313
4.6.3. Semantyka kopiowania płytkiego i głębokiego314
4.6.4. Semantyka konstruktora przenoszącego i przypisania przenoszącego315
4.6.5. Implementacja operatorów strumieniowania dla TheCube317
4.6.6. Sprawdzanie TheCube319
4.7. Projekt przykładowy – przenoszenie EMatrix do klasy322
4.7.1. Definicja klasy EMatrix323
4.7.2. Implementacja operatorów strumieniowania klasy325
4.7.3. Implementacja operatorów arytmetycznych329
4.7.4. Testowanie operacji na macierzach331
4.8. Wprowadzenie do szablonów i programowania uogólnionego333
4.8.1. Uogólnianie klasy przy użyciu szablonów333
4.8.2. (•) Specjalizacje szablonów338
4.8.3. Funkcje szablonowe i sprawdzanie typu339
4.8.4. Przykładowy projekt – projektowanie klas szablonowych przy użyciu TStack341
4.8.4.1. Projekt i implementacja klasy TStackFor343
4.8.4.2. Testowanie TStack346
4.8.5. Szablonowe funkcje składowe348
4.9. Relacje między klasami – „zna”, „ma” oraz „jest”351
4.10. Przykładowy projekt – rozszerzanie funkcjonalności poprzez dziedziczenie klas z użyciem TComplexQuadEq358
4.11. Funkcje wirtualne i polimorfizm364
4.12. (•) Więcej na temat mechanizmu wirtualnego371
4.13. (•) Ciekawie rekurencyjny wzorzec szablonu i statyczny polimorfizm374
4.14. (•) Klasy domieszki378
4.15. Przykładowy projekt – klasa TLongNumberFor do wydajnego przechowywania liczb o dowolnej długości380
4.15.1. Reprezentacja Binary-Coded Decimal382
4.15.2. Kolejność bajtów382
4.15.3. Definicja klasy TLongNumberFor383
4.15.3.1. Operacje konwersji typu386
4.15.3.2. Funkcja testująca TLongNumberFor392
4.15.4. Projektowanie klas dla numeru PESEL393
4.15.4.1. Agregowanie klasy PESEL394
4.15.4.2. Odziedziczona klasa PESEL396
4.15.4.3. Organizacja projektu LongNumber397
4.15.5. (•) Rozszerzanie funkcjonalności klasy TLongNumberFor z użyciem wzorca pełnomocnika399
4.15.5.1. Definicja klasy Proxy400
4.15.5.2. Testowanie funkcjonalności klasy TLongNumberFor z użyciem wzorca pełnomocnika403
4.16. Silne typy404
4.17. Podsumowanie406
Pytania i ćwiczenia406
5. Zarządzanie pamięcią410
5.1. Rodzaje magazynów danych410
5.2. Dynamiczny przydział pamięci – jak unikać wycieków pamięci417
5.2.1. Wprowadzenie do inteligentnych wskaźników i zarządzania zasobami420
5.2.1.1. RAII i odwijanie stosu421
5.3. Inteligentne wskaźniki – omówienie z przykładami422
5.3.1. (•) Więcej o std::unique_ptr422
5.3.1.1. Kontekst użycia std::unique_ptr422
5.3.1.2. Wzorzec projektowy metody wytwórczej436
5.3.1.3. Niestandardowe usuwanie unique_ptr439
5.3.1.4. Konstrukcje do unikania podczas korzystania z unique_ptr440
5.3.2. (•) Więcej o shared_ptr i weak_ptr441
5.4. Podsumowanie444
Pytania i ćwiczenia444
6. Zaawansowane programowanie obiektowe446
6.1. Obiekty funkcyjne446
6.2. Projekt przykładowy – rozszerzanie o wyszukiwanie walut w plikach XML oraz korzystanie z maszyny stanów i wyrażeń regularnych za pomocą biblioteki regex453
6.2.1. Dopasowywanie do wzorca za pomocą biblioteki wyrażeń regularnych454
6.2.2. Wzorzec maszyny stanów456
6.2.3. Implementowanie klasy rozszerzonej457
6.2.4. Rozszerzenie projektu – wczytywanie informacji o walutach z internetu464
6.2.5. Uruchamianie rozszerzonej wersji CurrencyCalc470
6.2.6. Tworzenie biblioteki statycznej475
6.2.7. System plików C++476
6.2.8. Interfejs użytkownika485
6.2.8.1. Definicja klasy CC_GUI486
6.2.8.2. Definicje składowych klasy CC_GUI i mechanizm wywołania zwrotnego490
6.2.8.3. Uruchamianie aplikacji z GUI498
6.3. Zegary systemowe i pomiar czasu499
6.4. (•) Mierzenie czasu wykonywania funkcji503
6.5. Klasa Range506
6.5.1. Programowanie funkcyjne i biblioteka std::ranges511
6.6. Przykładowy projekt – parsowanie wyrażeń512
6.6.1. Definiowanie wyrażeń języka i zasad gramatyki formalnej513
6.6.2. Projektowanie biblioteki przetwarzania wyrażeń516
6.6.3. Pierwszy interpreter poleceń517
6.6.4. Budowanie drzewa składniowego z użyciem wzorca projektowego kompozytu521
6.6.4.1. Wzorzec projektowy kompozytu do definiowania węzłów drzewa522
6.6.4.2. Implementacja hierarchii TNode i współpraca z wizytatorami523
6.6.4.3. Implementacja klasy ValueLeafNode526
6.6.4.4. Implementacja klasy BinOperator527
6.6.4.5. Implementacja klasy PlusOperator529
6.6.4.6. Głębokie kopiowanie obiektów węzła – mechanizm prototypowania530
6.6.5. Interpreter do budowy drzew składniowych532
6.6.6. Stos dla inteligentnych wskaźników537
6.6.7. Przechodzenie po drzewach za pomocą wzorca projektowego wizytatora541
6.6.7.1. Wizytator ewaluujący wyrażenie544
6.6.7.2. Wizytator wypisujący wyrażenie546
6.6.8. Testowanie interpreterów548
6.6.9. Reprezentowanie wyrażeń na stosie w odwrotnej notacji polskiej552
6.6.9.1. Odwrócona notacja polska552
6.6.9.2. Algorytm do ewaluowania wyrażenia RPN553
6.7. Podsumowanie559
Pytania i ćwiczenia559
7. Arytmetyka komputerowa564
7.1. Reprezentacja wartości całkowitej564
7.1.1. Algorytm konwersji podstawy566
7.1.2. Reprezentacje szesnastkowe i ósemkowe567
7.1.3. Dodawanie binarne568
7.1.4. Wartości ujemne i odejmowanie569
7.2. Operacje przesunięcia binarnego570
7.1.5. Flagi kontroli arytmetycznej571
7.1.6. Reprezentowanie ułamków574
7.2. Operacje przesunięcia binarnego578
7.3. (•) Przykładowy projekt – model programowy dla reprezentacji stałoprzecinkowej579
7.3.1. Liczby stałoprzecinkowe i ich arytmetyka580
7.3.2. Definicja klasy FxFor580
7.3.3. Wybrane metody klasy FxFor588
7.3.4. Zastosowania dla FxFor594
7.4. Reprezentacje liczb zmiennoprzecinkowych597
7.4.1. Reprezentacja liczb w formacie zmiennoprzecinkowym599
7.4.2. Rozkład liczb zmiennoprzecinkowych i konsekwencje obliczeniowe603
7.4.3. (•) Błąd przybliżenia wartości rzeczywistej przy użyciu reprezentacji zmiennoprzecinkowej607
7.4.4. Standard IEEE 754 dla arytmetyki zmiennoprzecinkowej609
7.4.5. Standardowy model operacji zmiennoprzecinkowych612
7.4.6. Obliczenia ze świadomością o błędach numerycznych612
7.4.7. Przykładowy projekt – ewaluacja algorytmów sumujących618
7.4.8. Przykładowy projekt – metoda Newtona do znajdywania miejsc zerowych funkcji624
7.4.8.1. Funkcja do obliczania pierwiastka kwadratowego na podstawie iteracji Newtona628
7.5. Podsumowanie630
Pytania i ćwiczenia631
8. Podstawy programowania równoległego634
8.1. Podstawowe zagadnienia związane z obliczeniami równoległymi634
8.2. Dodawanie równoległości do algorytmów standardowych638
8.3. Uruchamianie zadań asynchronicznych641
8.4. Zrównoleglanie za pomocą biblioteki OpenMP644
8.4.1. Uruchamianie zespołu wątków i zapewnianie ochrony wyłącznego dostępu645
8.4.2. Równoległa pętla for i operacje redukcji647
8.4.3. Równoległość dla dużych ilości danych650
8.5. Podsumowanie659
Pytania i ćwiczenia659
A.1. Dyrektywy preprocesora662
Dodatek662
A.2. Krótkie wprowadzenie do języka C667
A.2.1. Tablice wbudowane668
A.2.1.1. Wielowymiarowe tablice o stałym rozmiarze671
A.2.2. Przekazywanie tablic do funkcji – funkcja main672
A.2.3. Struktury C677
A.2.4. Funkcje i operacje wejścia/wyjścia w C678
A.2.5. Unie679
A.2.6. Operacje wykonywane na pamięci i ciągach znaków681
A.2.7. Łączenie kodu C i C++687
A.3. Łączenie i organizacja binarna obiektów C/C++687
A.4. Graficzny interfejs użytkownika i interfejs sieci Web dla projektów C++690
A.5. Konwertowanie wartości bin, oct, dec i hex za pomocą FixBinCalc692
A.6. Zestaw narzędzi programistycznych693
A.6.1. Narzędzie do generowania projektów (CMake)693
A.6.2. Systemy kontroli wersji i repozytoria698
A.6.3. Profiler699
A.7. Testowanie oprogramowania700
A.8. Podsumowanie707
Pytania i ćwiczenia707
Bibliografia710
Indeks714

10Wprowadzenie

.Wolnośćdlaprogramistówibogactwofunkcjonalności-zarównoniskopoziomowe,jak

iwysoceabstrakcyjnekonstrukcjemogąbyćwykorzystywanewwielukontekstach.

Takjakwprzypadkuszwajcarskiegoscyzoryka,istniejeniebezpieczeństwoichnie-

poprawnegoużycia,alewolnośćibogactwofunkcjonalnościprowadząnanajwyższe

poziomyproduktywnościwwielukontekstachiszerokichzastosowaniach.Cojednak

najważniejsze-kochamywolność.

.Wysokawydajność-byłtozawszegłównyceltegojęzyka.Najważniejszewtymaspek-

ciejestto,bymócdostosowaćwieleprogramistycznychfunkcjonalnościdokonkretnej

potrzebybezdużegonarzutu.C++zostałzaprojektowanytak,byspełnićtenwymóg.

Możnatosparafrazowaćwnastępującysposób:ﬂniepłaćzacoś,zczegoniekorzystasz”.

Jakzwyklepojawiasięjednakcena,którątrzebazapłacić,takajakniezainicjalizowane

zmienneczyniezwolnionezasoby.NowewłasnościwspółczesnegoC++sprawiająjed-

nak,żeproblemytesąmniejpoważne,pozwalająckodowinapisanemuwC++nadal

plasowaćsięwnajwyższejlidzewydajności.

.Systemowe,nisko-iwysokopoziomoweprogramowaniezorientowaneobiektowo(ang.

objectorientedprogramming,wskrócieOOP)natejsamejplatformie-C++jestwy-

korzystywanedoimplementacjisystemówwymagającychniskopoziomowegodostępu.

Wwieluprzypadkachjęzyktenwykorzystywanyjestdokonstruowaniapomostów

m.in.językami:np.wdziedzinieanaliznumerycznychdoFortrana,awdziedzi-

nieprogramowaniasystemówdoClubAssemblera.Ponadtotensamjęzykjestwy-

korzystywanydoimplementacjiwysokopoziomowychaplikacji,takichjakedytory

tekstu,platformyCAD,bazydanychigry.C++tojęzyksilniezorientowanyobiek-

towo(ang.objectoriented-OO)spełniającywszystkieparadygmatytegopodejścia,

takiejakabstrakcja,enkapsulacja,dziedziczenie,polimorﬁzm,możliwośćprzeła-

dowaniaoperatorówitd.Własnościte,wzmocnioneprzezszablonyiwzorcepro-

jektowe,mocnowspierajątworzenieoprogramowania,wszczególnościdlawielkich

systemów.

.Silnatypizacjajęzyka-każdyobiektscharakteryzowanyjestprzezswójtyp.Tensilny

wymógdotyczącytypuprowadzidopowstaniakodu,któryjestweryﬁkowanyprzez

kompilator,anieprzezużytkownikawczasiewykonania,jakdziejesięwprzypadku

niektórychjęzyków,którenieposiadajątejcechy.Niemniejjednakobiektymogązostać

przekonwertowanezjednegotypunadrugidziękiwbudowanymlubstworzonymprzez

użytkownikaoperatoromkonwersji.Relatywnienowemechanizmydedukcjitypuze

słowemkluczowymautoznacznieuprościłyteżużycietypówizwyczajniepozwoliły

zaoszczędzićnampisania.

.Obsługawyjątków-to,jaknależyobsłużyćproblemyobliczeniowewtrakciewykonania,

zawszebyłoistotnympytaniem.Naprzykład,copowinnozadziaćsięwkodzie,jeśli

plikzkluczowymiustawieniaminiemożezostaćotwartylubgdydoszłododzielenia

przezzero?Dobrysystemobsługiwyjątkówzwbudowanymmechanizmemodwijania

stosuwdużymstopniuułatwiazarządzaniewtakichsytuacjach.

.Wejścieiwyjście(IO)-C++byłpierwszymjęzykiem,którypobiłswojąkonkurencję,

wprowadzającjasną,rozszerzalnąiwysoceefektywnąhierarchięobiektówIOiuzyskał

kontrolęnaddziesiątkamistylówformatowaniaiﬂag.Cechata-choćniebezpewnych

ograniczeńiszczyptykrytycyzmu-możezostaćwykorzystanadododaniazdolności

Brak wyników

Programowanie w języku C++

Treść książki

Znajdź bibliotekę blisko siebie, i uzyskaj dostęp do ebooka w systemie IBUK Libra