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Modern CPP Programming

C/C++

v1.8.0

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Programación moderna en C++

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

Este curso de acceso abierto está dirigido a aquellos que ya están familiarizados con C y la programación orientada a objetos para alcanzar un nivel de competencia en programación C++. El curso cubre los conceptos básicos de la programación en C++ y avanza hacia la semántica y los conceptos avanzados de C++.

Características clave :

Gratis y actualizado frecuentemente
26 conferencias, más de 1800 diapositivas
Incluir los últimos conceptos y características estándar del idioma.
Enseñanza práctica : descripciones breves y estructuradas, no detalladas, asociadas con el código.
Ejemplos de código mínimo para mostrar solo una característica o problema específico sin desviarse
Aspectos complementarios del lenguaje : herramientas, convenciones de codificación, organización de proyectos y optimización de código.
Basado en la experiencia : muchos aspectos, ejemplos y problemas provienen de casos del mundo real enfrentados durante mi trabajo como ingeniero de software.

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CAPÍTULOS

#	TÍTULO	ENFOQUE PRINCIPAL
1	Introducción (html)	Historia de C/C++, Áreas de aplicación, Introducción al curso
2	Preparación (html)	Libros, Cómo compilar, Hola mundo.
3	Conceptos Básicos I (html)	Sistema de tipos, tipos fundamentales y operadores
4	Conceptos Básicos II (html)	Tipos integrales y de coma flotante y su aritmética.
5	Conceptos Básicos III (html)	Entidades, Enumeradores, Estructuras, Declaraciones de flujo de control
6	Conceptos Básicos IV (html)	Montón, Pila, Punteros, Referencias, Propiedades constantes, Operadores de conversión
7	Conceptos Básicos V (html)	Funciones, expresiones Lambda, directivas de preprocesamiento
8	Programación orientada a objetos I (html)	Jerarquía de clases, constructor, destructor, palabras clave de clase
9	Programación Orientada a Objetos II (html)	Polimorfismo, sobrecarga de operadores.
10	Plantillas y Metaprogramación I (html)	Plantilla de función, rasgos de tipo, utilidades en tiempo de compilación
11	Plantillas y Metaprogramación II (html)	Plantilla de clase, SFINAE
12	Unidades de traducción I (html)	Regla de vinculación y una definición
13	Unidades de traducción II (html)	Manejo de múltiples unidades de traducción y archivos, `#include` , Módulos
14	Convenciones de código I (html)	Organización del proyecto, introducción a las convenciones de código, convenciones de entidades.
15	Convenciones de código II (html)	Plantilla, espacio de nombres, C++ moderno, mantenibilidad, denominación y convenciones de formato
16	Depuración y prueba (html)	Ejecución/depuración de memoria, Sanitizers, Técnicas de Harding, Pruebas unitarias, Desarrollo basado en pruebas
17	Ecosistema (html)	Cmake, documentación y otras herramientas
18	Utilidades (html)	Bibliotecas `std` principales
19	Contenedores, iteradores y algoritmos (html)	Contenedores, Iteradores, Algoritmos, Rangos
20	Temas Avanzados I (html)	Mover semántica, referencia universal, deducción de tipos
21	Temas Avanzados II (html)	Manejo de errores, modismos de C++, punteros inteligentes
22	Optimizaciones de rendimiento I (html)	Ley de Ahmdal, límites de rendimiento, conceptos de arquitectura (ILP, SIMD, etc.), jerarquía de memoria
23	Optimizaciones de rendimiento II (html)	Optimizaciones aritméticas, optimizaciones de memoria, etc.
24	Optimizaciones de rendimiento III (html)	Optimizaciones del compilador, creación de perfiles y herramientas de evaluación comparativa.
25	Diseño de software I (html)	Conceptos básicos, principios, casos de uso.
26	Diseño de software II (html)	Patrones de diseño y modismos

LIBRO TODO EN UNO : modern-cpp.pdf (podría haber algunas confirmaciones detrás), html

TEMAS EN DETALLE

1. Introducción

Un poco de historia de los lenguajes de programación C/C++
Áreas de aplicación y popularidad
Filosofía C++
Debilidad de C++ : alternativas de C++, ¿por qué es difícil cambiar a un nuevo lenguaje?
El curso

2. Preparación

Libros y referencias
Leyenda de diapositiva
¿Qué editor/IDE/compilador debo utilizar?
¿Cómo compilar?
Hola mundo : flujo de E/S

3. Conceptos Básicos I - Sistema de Tipos, Tipos Fundamentales y Operadores

El sistema de tipos de C++ : categorías de tipos, propiedades de tipos
Descripción general de los tipos fundamentales de C++ : tipos aritméticos, sufijos y prefijos, tipos aritméticos no estándar, tipo void , nullptr
Reglas de conversión
palabra clave auto
Operadores C++ : precedencia de operadores, semántica de incremento/decremento de prefijo/postfijo, operadores de asignación, compuestos y coma, operador de nave espacial <=> , operadores de comparación seguros

4. Conceptos Básicos II - Tipos Integrales y de Punto Flotante

Tipos de datos integrales : enteros de ancho fijo, size_t , ptrdiff_t , uintptr_t , semántica de operaciones aritméticas, promoción, truncamiento, comportamiento indefinido, aritmética de saturación
Tipos de punto flotante y aritmética : Estándar de punto flotante IEEE y otras representaciones, valores normales/anormales, infinito, no es un número ( NaN ), máquina Epsilon, unidades en el último lugar (ULP), hoja de referencia, límites y funciones útiles, aritmética. propiedades, Comportamiento de valores especiales, Comportamiento no definido, Detectar errores de punto flotante
Problemas de punto flotante : cancelación catastrófica, comparación de punto flotante

5. Conceptos Básicos III - Entidades y Flujo de Control

Entidades
Declaración y Definición
Enumeradores
struct , Bitfield, union
Flujo de control : instrucción if , bucles for y while , bucle for base de rango, switch , goto , evitar advertencia de variable no utilizada
Espacio de nombres : espacio de nombres global explícito, alias de espacio de nombres, using -declaración, using namespace -directiva, espacio de nombres inline
Atributos : [[nodiscard]] , [[maybe_unused]] , [[deprecated]] , [[noreturn]]

6. Conceptos Básicos IV - Conceptos de Memoria

Punteros : operaciones de puntero, dirección del operador & , acceso a miembros struct , puntero void , conversión de puntero, aritmética de puntero, punteros salvajes y colgantes
Montón y pila : pila de memoria, new , delete , asignación de ubicación sin asignación, asignación sin lanzamiento, pérdida de memoria
Inicialización : inicialización de variables, inicialización uniforme, inicialización de matrices, inicialización de estructuras, enlace de estructuras, inicialización de memoria dinámica
Referencias
Expresiones Const y constantes : contenidos y literales, const , constexpr , consteval , constinit , if constexpr , std::is constant evaluated() , if consteval
palabra clave volatile
Conversión de tipo explícita : static_cast , const_cast , reinterpret_cast , juego de palabras de tipo, std::bit_cast , conversión de inicialización uniforme, gls::narrow_cast
Operador sizeof : descripción general, [[no_unique_address]]

7. Conceptos Básicos V - Funciones y Preprocesamiento

Funciones : paso por valor, paso por puntero, paso por referencia, firma de función y sobrecarga, sobrecarga y =delete , parámetros predeterminados
Puntero de función y objetos de función
Expresiones Lambda : lista de captura, expresión Lambda y relación de función, notas de parámetros, componibilidad, recursividad, constexpr/consteval , template , mutable , [[nodiscard]] , lista de captura y clases
Preprocesamiento : preprocesadores, errores comunes, macros de ubicación de origen, macros de compilación condicional, operador de cadena ( # ), #error y #warning , #pragma , operador de pegado de tokens ## , macro variable

8. Programación Orientada a Objetos I - Conceptos de Clase

Clases de C++ : modismo RAII
Jerarquía de clases
Especificadores de acceso : especificadores de acceso de herencia, ¿cuándo se utilizan public/protected/private para los miembros de datos?
Constructor de clase : constructor predeterminado, inicialización de clase, inicialización uniforme para objetos, constructor delegado, palabra clave explicit , [[nodiscard]] y clases
Constructor de copias
Destructor de clases
Constructores, destructores y operadores predeterminados ( = default )
Palabras clave de clase : this , static , const , mutable , using , friend , delete

9. Programación orientada a objetos II: polimorfismo y sobrecarga de operadores

Polimorfismo : Mecanismos de C++ para polimorfismo, métodos virtual , tabla virtual, palabra clave override , palabra clave final , errores comunes, método virtual puro, clase abstracta e interfaz.
Transmisión de herencia e identificación del tipo de tiempo de ejecución
Sobrecarga de operadores : descripción general, operador de comparación < , operador de nave espacial <=> , operador de subíndice [] , operador de subíndice multidimensional [] , operador de llamada de función () , operador estático [] y operador () , operador de conversión T() , sobrecarga de tipo de retorno resolución, operadores de incremento y decremento ++ / -- , operador de asignación = , operador de flujo << , notas del operador
Diseño de objetos C++ : agregado, clase trivial, clase de diseño estándar, datos antiguos simples (POD), jerarquía

10. Plantillas y metaprogramación I - Plantillas de funciones y utilidades en tiempo de compilación

Plantilla de función : descripción general, creación de instancias de plantilla, parámetros de plantilla, parámetro de plantilla: valor predeterminado, sobrecarga, especialización
Variable de plantilla
Tipos de parámetros de plantilla : notas de tipo genérico, marcador de posición auto , tipo de parámetro de plantilla de clase, tipos de matriz y puntero, tipo de función
Utilidades en tiempo de compilación : static_assert , using palabra clave, palabra clave decltype
Rasgos de tipo : descripción general, biblioteca de rasgos de tipo, manipulación de tipos

11. Plantillas y Metaprogramación II - Plantillas de Clase y SFINAE

Plantilla de clase : especialización de clase, constructor de plantilla de clase
Deducción automática de plantilla de constructor (CTAD)
Plantilla de clase: conceptos avanzados : clase + función: especialización, nombres dependientes: typename y palabras clave template , jerarquía de plantilla de clase y using , palabra clave friend , argumentos de plantilla de plantilla
Metaprogramación de plantillas
SFINAE: La falla de sustitución no es un error : Función SFINAE, Clase SFINAE
Plantilla Variadic : expresión plegable, plantilla de clase Variadic
Conceptos de C++ 20 : descripción general, palabra clave concept , cláusula requires , expresión requires , expresión requires + cláusula, cláusula requires + expresión, requires y constexpr , requires anidados
Depuración de plantillas

12. Unidades de traducción I - Regla de vinculación y definición única

Conceptos Básicos : Unidad de traducción, Alcance local y global, Vinculación
Clase de almacenamiento y duración : duración del almacenamiento, clase de almacenamiento, palabra clave static , espacio de nombres anónimo, palabras clave extern
Vinculación de const y constexpr : fiasco de orden de inicialización estática
Resumen de vinculación
Manejo de múltiples unidades de traducción : clase en múltiples unidades de traducción
Regla de una definición (ODR) : problemas de variables globales, ODR - Punto 3, funciones/variables inline , constexpr e inline
ODR - Plantilla de función : casos, palabra clave extern
ODR - Plantilla de clase : casos, palabra clave extern
Resumen y comportamiento indefinido de ODR

13. Unidades de traducción II: inclusión, módulo y espacio de nombres

#include Problemas : incluir protección, declaración directa, dependencias circulares, errores de vinculación comunes
Módulos C++20 : descripción general, terminología, visibilidad y accesibilidad, tipos de unidades de módulo, palabras clave, fragmento de módulo global, fragmento de módulo privado, unidad de módulo de encabezado, particiones de módulo
Compilación de varias unidades de traducción : indicadores fundamentales del compilador, métodos de compilación
Bibliotecas en C++ : biblioteca estática, creación de bibliotecas estáticas, uso de bibliotecas estáticas, biblioteca dinámica, creación de bibliotecas dinámicas, uso de bibliotecas dinámicas, interfaz binaria de aplicaciones (ABI), control, búsqueda de dependencias de bibliotecas dinámicas, análisis de objetos/símbolos ejecutables

14. Convenciones del Código I

Organización de proyectos C++ : directorios de proyectos, archivos de proyectos, notas de organización de proyectos "comunes", organización alternativa de proyectos "canónica"
Estilos y convenciones de codificación : descripción general, estilos de codificación populares
Archivos de encabezado y #include : #include guard, #include sintaxis, orden de #include , convenciones comunes de encabezado/nombre de archivo fuente
Preprocesamiento : Macro, declaraciones de preprocesamiento
Variables : variables globales static , conversiones.
Enumeradores
Tipos aritméticos : tipos integrales con signo y sin signo, conversión de tipos integrales, tipos integrales: tamaño y otras cuestiones, tipos de punto flotante
Funciones : parámetros de función, argumentos de función, valores de retorno de función, especificadores de función, expresiones lambda
Estructuras y clases : struct vs class , inicialización, listas de inicializadores reforzados, funciones de miembros especiales, =default , =delete , otros problemas, herencia, estilo

15. Convenios del Código II

auto
Plantillas y tipo de deducción.
Flujo de control : flujo de control redundante, if/else , comparación, switch , for/while
Espacio de nombres : using namespace , Espacio de nombres anónimo/sin nombre, Diseño de clases y espacios de nombres, Estilo
Funciones modernas de C++ : palabras clave, funciones, clase, biblioteca
Mantenibilidad : comprensión de código, funciones, plantilla y depuración, biblioteca
Portabilidad
Denominación : entidades, variables, funciones, convenciones de estilo, aplicación de estilos de nomenclatura
Legibilidad y formato : espaciado horizontal, punteros/referencias, espaciado vertical, llaves, decoradores de texto, reducción de la verbosidad del código, otros problemas
Documentación de código : documentación de funciones, sintaxis de comentarios, documentación de archivos

16. Depuración y prueba

Descripción general de la depuración
Afirmaciones
Depuración de ejecución : puntos de interrupción, puntos de vigilancia/puntos de captura, flujo de control, pila e información, impresión, desmontaje, std::breakpoint
Depuración de memoria : valgrind
Técnicas de refuerzo : uso de pila, comprobaciones de biblioteca estándar, protecciones de comportamiento indefinido, protecciones de flujo de control
Desinfectantes : desinfectante de direcciones, desinfectante de fugas, desinfectante de memoria, desinfectante de comportamiento indefinido, desinfectante basado en muestreo
Resumen de depuración
Advertencias del compilador
Análisis estático
Pruebas de código : pruebas unitarias, desarrollo basado en pruebas (TDD), cobertura de código, pruebas fuzz
Calidad del código : clang-tidy

17. Ecosistema: Cmake y otras herramientas

CMake : cmake y ctest
Documentación del código : doxygen
Estadísticas de código : contar líneas de código, analizador de complejidad ciclomática
Otras herramientas : formato de código - clang-format , Compiler Explorer , transformación de código - CppInsights , finalización de código con tecnología de IA - búsqueda de código local - ugrep , ripgrep , hypergrep , motor de búsqueda de código - searchcode/grep.app , evaluación comparativa de código - Quick-Bench , Fuente para codificar

18. Utilidades

Flujo de E/S : Manipulador, ofstream/ifstream
Cadenas : std::string , conversión de/a valores numéricos, std::string_view , std::format , std::print
Ver : std::span
Bibliotecas de Matemáticas
Número aleatorio : conceptos básicos, C++ <random> , semilla, período y calidad de PRNG, distribución, algoritmos recientes y rendimiento, cuasi aleatorio
Medición del tiempo : tiempo del reloj de pared, tiempo del usuario, tiempo del sistema
Plantillas de clases estándar : std::pair , std::tuple , std::variant , std::optional , std::any , std::stacktrace
Biblioteca del sistema de archivos : métodos de consulta, métodos de modificación

19. Contenedores, iteradores y algoritmos

Contenedores e iteradores
Contenedores de secuencia : std::array , std::vector , std::deque , std::list , std::forward_list
Contenedores asociativos : std::set , std::map , std::multiset
Adaptadores de contenedor : std::stack , std::queue , std::priority_queue
Implementar un iterador personalizado : implementar un iterador simple
Notas del iterador :
Métodos de utilidad del iterador : std::advance , std::next , std::prev , std::distance , métodos de acceso al contenedor, rasgos del iterador
Biblioteca de algoritmos : std::find_if , std::sort , std::accumulate , std::generate , std::remove_if
Rangos C++20 : Conceptos clave, Vista de rango, Adaptador de rango, Fábrica de rango, Algoritmos de rango, Acciones de rango

20. Temas Avanzados I

Move Semantic : referencias de lvalues y rvalues , Move semantic, std::move , declaración de clase semántica
Referencia universal y reenvío perfecto : referencia universal, reglas de colapso de referencia, reenvío perfecto
Categorías de valor
& , && Ref-calificadores y sobrecarga volatile
Copiar Elision y RVO
Tipo Deducción : Pasar por referencia, Pasar por puntero, Pasar por valor, deducción auto , auto(x) : Copia de decaimiento
corrección const

21. Temas Avanzados II

Comportamiento indefinido: comportamiento ilegal, comportamiento específico de la plataforma, comportamiento no especificado, detección de comportamiento indefinido
Manejo de errores : manejo de errores recuperables, código de retorno, excepciones de C++, definición de excepciones personalizadas, palabra clave noexcept , problemas de asignación de memoria, código de retorno y resumen de excepciones, std::expected , enfoques alternativos de manejo de errores
Punteros inteligentes : std::unique_ptr , std::shared_ptr , std::weak_ptr
Concurrencia : métodos de subprocesos, mutex, atómico, paralelismo basado en tareas

22. Optimización I - Conceptos básicos

Introducción : Ley de Moore, Limitaciones de la Ley de Moore, Razones para optimizar
Conceptos básicos : complejidad asintótica, equilibrio entre tiempo y memoria, ciclo de desarrollo, ley de Ahmdal, rendimiento, ancho de banda, latencia, límites de rendimiento, intensidad aritmética
Conceptos básicos de arquitectura : rendimiento de instrucciones (IPC), ejecución en orden y fuera de orden, canalización de instrucciones, paralelismo a nivel de instrucciones (ILP), ley de Little, paralelismo a nivel de datos (DLP) e instrucciones vectoriales (SIMD). Paralelismo a nivel de subproceso (TLP), subprocesos múltiples de instrucción única (SIMT), RISC, conjuntos de instrucciones CISC
Jerarquía de memoria : conceptos de jerarquía de memoria, localidad de memoria, latencia de núcleo a núcleo y afinidad de subprocesos, modelo de ordenación de memoria

23. Optimización II - Optimización de código

Operaciones de E/S : printf , E/S asignadas en memoria, acelerar la carga de datos sin procesar
Optimizaciones de memoria : memoria de montón, memoria de pila, utilización de caché, alineación de datos, captación previa de memoria
Tipos aritméticos : tipos de datos, operaciones aritméticas, conversión, punto flotante, funciones intrínsecas del compilador, valores en un rango, tabla de búsqueda
Flujo de control : ramas, sugerencias de rama - [[likely]] / [[unlikely]] , enteros con/sin signo, bucles, elevación de bucle, desenrollado de bucle, aserciones, sugerencias del compilador [[assume]]/std::unreacheable() , recursividad
Funciones : costo de llamada a función, paso de argumentos, inserción de funciones, atributos de función, alias de punteros
Programación orientada a objetos
Biblioteca estándar y otros aspectos del lenguaje

24. Optimización III: optimizaciones sin codificación y evaluación comparativa

Optimizaciones del compilador : Acerca del compilador, Indicadores de optimización del compilador, Indicadores de optimización de punto flotante, Indicadores de optimización del vinculador, Indicadores de arquitectura, Ayuda al compilador a producir un mejor código, Optimización guiada por perfiles (PGO), Optimizador binario de posprocesamiento, Optimizaciones poliédricas
Técnicas de transformación del compilador : transformaciones básicas, desconexión de bucles, fusión de bucles, fisión de bucles, intercambio de bucles, mosaico de bucles
Bibliotecas y estructuras de datos
Evaluación comparativa de rendimiento : ¿Qué probar?, Calidad de la carga de trabajo/conjunto de datos, Comportamiento de la caché, Rendimiento estable de la CPU, Consideraciones de subprocesos múltiples, Diseño de la memoria del programa, Gastos generales de medición, Optimizaciones del compilador, Evaluación de métricas
Creación de perfiles : gprof , uftrace , callgrind , cachegrind , perfilador perf Linux
Computación paralela : simultaneidad versus paralelismo, escalamiento del rendimiento, ley de Gustafson, lenguajes de programación paralelos

25. Diseño de Software I - Conceptos Básicos (BORRADOR)

Libros y referencias
Conceptos básicos : abstracción, interfaz y módulo, clase invariante
Principios de diseño de software : separación de preocupaciones, bajo acoplamiento, alta cohesión, encapsulación y ocultación de información, diseño por contrato, descomposición de problemas, reutilización de código
Complejidad del software : entropía del software, deuda técnica
Los principios de diseño SOLID
Diseño de clases : el principio de la interfaz de clase, funciones miembro frente a funciones libres, funciones de espacio de nombres frente a métodos estáticos de clase
Estudio de caso de BLAS GEMM
Poseer objetos y vistas
Valor versus semántica de referencia
Variables globales

26. Diseño de software II: patrones y modismos de diseño (BORRADOR)

Modismos de C++ : regla de cero, regla de tres, regla de cinco
Patrón de diseño : Singleton, puntero a la implementación (PIMPL), patrón de plantilla curiosamente recurrente (CRTP), funciones virtuales de plantilla