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Modern CPP Programming

C/C++

v1.8.0

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Programação C++ Moderna

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

Este curso de acesso aberto é direcionado àqueles que já estão familiarizados com C e programação orientada a objetos para um nível de proficiência em programação C++. O curso cobre os fundamentos da programação C++ e avança para semântica e conceitos avançados de C++.

Principais recursos :

Gratuito e atualizado com frequência
26 palestras, mais de 1.800 slides
Inclui os conceitos e recursos do último padrão de linguagem
Ensino prático : descrições curtas e não detalhadas associadas ao código
Exemplos mínimos de código para mostrar apenas um recurso ou problema específico sem divagar
Aspectos complementares da linguagem : ferramentas, convenções de codificação, organização de projetos e otimização de código
Baseado na experiência : muitos aspectos, exemplos e problemas vêm de casos reais enfrentados durante meu trabalho como engenheiro de software

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CAPÍTULOS

#	TÍTULO	FOCO PRINCIPAL
1	Introdução (html)	História do C/C++, Áreas de aplicação, Introdução ao curso
2	Preparação (html)	Livros, Como compilar, Olá mundo
3	Conceitos Básicos I (html)	Sistema de tipos, tipos fundamentais e operadores
4	Conceitos Básicos II (html)	Tipos integrais e de ponto flutuante e sua aritmética
5	Conceitos Básicos III (html)	Entidades, enumeradores, estruturas, instruções de fluxo de controle
6	Conceitos Básicos IV (html)	Heap, pilha, ponteiros, referências, propriedades Const, operadores de conversão
7	Conceitos Básicos V (html)	Funções, expressões lambda, diretivas de pré-processamento
8	Programação Orientada a Objetos I (html)	Hierarquia de classes, construtor, destruidor, palavras-chave de classe
9	Programação Orientada a Objetos II (html)	Polimorfismo, sobrecarga de operadores
10	Templates e Metaprogramação I (html)	Modelo de função, características de tipo, utilitários de tempo de compilação
11	Templates e Metaprogramação II (html)	Modelo de aula, SFINAE
12	Unidades de Tradução I (html)	Regra de ligação e uma definição
13	Unidades de Tradução II (html)	Lidando com múltiplas unidades e arquivos de tradução, `#include` , Módulos
14	Convenções de código I (html)	Organização do projeto, introdução às convenções de código, convenções de entidades
15	Convenções de código II (html)	Convenções de modelo, namespace, c++ moderno, capacidade de manutenção, nomenclatura e formatação
16	Depuração e teste (html)	Depuração de execução/memória, Sanitizadores, Técnicas de Harding, Teste unitário, Desenvolvimento orientado a testes
17	Ecossistema (html)	Cmake, documentação e outras ferramentas
18	Utilitários (html)	Principais bibliotecas `std`
19	Contêineres, iteradores e algoritmos (html)	Contêineres, Iteradores, Algoritmos, Intervalos
20	Tópicos Avançados I (html)	Semântica de movimento, referência universal, dedução de tipo
21	Tópicos Avançados II (html)	Tratamento de erros, expressões idiomáticas C++, ponteiros inteligentes
22	Otimizações de desempenho I (html)	Lei Ahmdal, limites de desempenho, conceitos de arquitetura (ILP, SIMD, etc.), hierarquia de memória
23	Otimizações de desempenho II (html)	Otimizações aritméticas, otimizações de memória, etc.
24	Otimizações de desempenho III (html)	Otimizações de compilador, criação de perfil e ferramentas de benchmarking
25	Design de Software I (html)	Conceitos básicos, princípios, casos de uso
26	Design de Software II (html)	Padrões de design e expressões idiomáticas

LIVRO TUDO EM UM : modern-cpp.pdf (pode haver alguns commits atrás), html

TÓPICOS EM DETALHES

1. Introdução

Um pouco de história das linguagens de programação C/C++
Áreas de aplicação e popularidade
Filosofia C++
Fraqueza do C++ : alternativas do C++, por que mudar para uma nova linguagem é difícil?
O curso

2. Preparação

Livros e Referências
Legenda do slide
Qual editor/IDE/compilador devo usar?
Como compilar?
Olá mundo : fluxo de E/S

3. Conceitos Básicos I - Sistema de Tipos, Tipos Fundamentais e Operadores

O sistema de tipos C++ : categorias de tipos, propriedades de tipos
Visão geral dos tipos fundamentais de C++ : tipos aritméticos, sufixo e prefixo, tipos aritméticos não padrão, tipo void , nullptr
Regras de conversão
Palavra-chave auto
Operadores C++ : precedência de operadores, semântica de incremento/decremento de prefixo/postfix, operadores de atribuição, compostos e vírgula, operador de nave espacial <=> , operadores de comparação segura

4. Conceitos Básicos II – Tipos Integrais e de Ponto Flutuante

Tipos de dados integrais : inteiros de largura fixa, size_t , ptrdiff_t , uintptr_t , semântica de operação aritmética, promoção, truncamento, comportamento indefinido, saturação aritmética
Tipos de ponto flutuante e aritmética : padrão de ponto flutuante IEEE e outras representações, valores normais/denormais, infinito, não um número ( NaN ), máquina Epsilon, unidades no último lugar (ULP), folha de dicas, limites e funções úteis, aritmética propriedades, comportamento de valores especiais, comportamento indefinido, detecção de erros de ponto flutuante
Problemas de ponto flutuante : cancelamento catastrófico, comparação de ponto flutuante

5. Conceitos Básicos III – Entidades e Fluxo de Controle

Entidades
Declaração e Definição
Recenseadores
struct , Bitfield, union
Fluxo de controle : instrução if , loops for e while , loop for base for intervalo, switch , goto , evitar aviso de variável não utilizada
Namespace : namespace global explícito, alias de namespace, using -declaração, using namespace -directive, namespace inline
Atributos : [[nodiscard]] , [[maybe_unused]] , [[deprecated]] , [[noreturn]]

6. Conceitos Básicos IV – Conceitos de Memória

Ponteiros : operações de ponteiro, operador de endereço & , acesso de membro struct , ponteiro void , conversão de ponteiro, aritmética de ponteiro, ponteiros selvagens e pendentes
Heap e pilha : memória de pilha, new , delete , alocação de posicionamento sem alocação, alocação sem lançamento, vazamento de memória
Inicialização : inicialização de variável, inicialização uniforme, inicialização de array, inicialização de estrutura, ligação de estrutura, inicialização de memória dinâmica
Referências
Expressões Const e Constantes : Contantes e literais, const , constexpr , consteval , constinit , if constexpr , std::is constant evaluated() , if consteval
palavra-chave volatile
Conversão de tipo explícita : static_cast , const_cast , reinterpret_cast , trocadilho de tipo, std::bit_cast , conversão de inicialização uniforme, gls::narrow_cast
Operador sizeof : visão geral, [[no_unique_address]]

7. Conceitos Básicos V – Funções e Pré-processamento

Funções : Passagem por valor, Passagem por ponteiro, Passagem por referência, Assinatura e sobrecarga de função, Sobrecarga e =delete , Parâmetros padrão
Ponteiro de função e objetos de função
Expressões Lambda : lista de captura, expressão lambda e relação de função, notas de parâmetros, composição, recursão, constexpr/consteval , template , mutable , [[nodiscard]] , lista de captura e classes
Pré-processamento : pré-processadores, erros comuns, macros de localização de origem, macros de compilação condicional, operador de stringização ( # ), #error e #warning , #pragma , operador de colagem de token ## , macro variádica

8. Programação Orientada a Objetos I – Conceitos de Classe

Classes C++ : idioma RAII
Hierarquia de classes
Especificadores de acesso : especificadores de acesso de herança, quando usar public/protected/private para membros de dados?
Construtor de classe : construtor padrão, inicialização de classe, inicialização uniforme para objetos, construtor delegado, palavra-chave explicit , [[nodiscard]] e classes
Copiar Construtor
Destruidor de Classe
Construtores, destruidores e operadores padrão ( = default )
Palavras-chave de classe : this , static , const , mutable , using , friend , delete

9. Programação Orientada a Objetos II - Polimorfismo e Sobrecarga de Operadores

Polimorfismo : mecanismos C++ para polimorfismo, métodos virtual , tabela virtual, palavra-chave override , palavra-chave final , erros comuns, método virtual puro, classe abstrata e interface
Fundição de herança e identificação de tipo em tempo de execução
Sobrecarga de operador : visão geral, operador de comparação < , operador de nave espacial <=> , operador de subscrito [] , operador de subscrito multidimensional [] , operador de chamada de função () , operador estático [] e operador () , operador de conversão T() , sobrecarga de tipo de retorno resolução, operadores de incremento e decremento ++ / -- , operador de atribuição = , operador de fluxo << , notas do operador
Layout de objeto C++ : agregado, classe trivial, classe de layout padrão, dados simples e antigos (POD), hierarquia

10. Templates e Metaprogramação I - Templates de Funções e Utilitários de Tempo de Compilação

Modelo de função : visão geral, instanciação do modelo, parâmetros do modelo, parâmetro do modelo - valor padrão, sobrecarga, especialização
Variável de modelo
Tipos de parâmetros de modelo : notas de tipo genérico, espaço reservado auto , tipo de parâmetro de modelo de classe, tipos de array e ponteiro, tipo de função
Utilitários de tempo de compilação : static_assert , using palavra-chave, palavra-chave decltype
Características de tipo : visão geral, biblioteca de características de tipo, manipulação de tipo

11. Templates e Metaprogramação II - Templates de Classe e SFINAE

Modelo de classe : especialização de classe, construtor de modelo de classe
Dedução automática do modelo do construtor (CTAD)
Modelo de classe - Conceitos avançados : Classe + Função - especialização, Nomes dependentes - typename e palavras-chave template , Hierarquia de modelo de classe e using , palavra-chave friend , argumentos de modelo de modelo
Metaprogramação de modelo
SFINAE: Falha na substituição não é um erro : Função SFINAE, classe SFINAE
Modelo Variádico : Expressão dobrável, modelo de classe Variádico
Conceitos C++ 20 : Visão geral, palavra-chave de concept , requires cláusula, requires expressão, requires expressão + cláusula, requires cláusula + expressão, requires e constexpr , requires aninhado
Depuração de modelo

12. Unidades de Tradução I - Regra de Ligação e Uma Definição

Conceitos Básicos : Unidade de tradução, Escopo local e global, Linkage
Classe e duração de armazenamento : duração do armazenamento, classe de armazenamento, palavra-chave static , namespace anônimo, palavras-chave extern
Ligação de const e constexpr : fiasco da ordem de inicialização estática
Resumo de ligação
Lidando com múltiplas unidades de tradução : classe em múltiplas unidades de tradução
Regra de Uma Definição (ODR) : Problemas de variáveis globais, ODR - Ponto 3, funções/variáveis inline , constexpr e inline
ODR - Modelo de Função : Casos, palavra-chave extern
ODR - modelo de classe : casos, palavra-chave extern
Comportamento indefinido e resumo do ODR

13. Unidades de Tradução II - Incluir, Módulo e Namespace

#include Problemas : Incluir guarda, Declaração de encaminhamento, Dependências circulares, Erros comuns de vinculação
Módulos C++20 : Visão geral, terminologia, visibilidade e acessibilidade, tipos de unidade de módulo, palavras-chave, fragmento de módulo global, fragmento de módulo privado, unidade de módulo de cabeçalho, partições de módulo
Compilando múltiplas unidades de tradução : sinalizadores fundamentais do compilador, métodos de compilação
Bibliotecas em C++ : biblioteca estática, construir bibliotecas estáticas, usar bibliotecas estáticas, biblioteca dinâmica, construir bibliotecas dinâmicas, usar bibliotecas dinâmicas, interface binária de aplicativo (ABI), desmantelar, encontrar dependências de bibliotecas dinâmicas, analisar objetos/símbolos executáveis

14. Convenções do Código I

Organização do projeto C++ : diretórios do projeto, arquivos do projeto, notas de organização do projeto "comuns", alternativa - organização do projeto “canônica”
Estilos e convenções de codificação : visão geral, estilos de codificação populares
Arquivos de cabeçalho e #include : #include guard, #include sintaxe, ordem de #include , Convenções comuns de cabeçalho/nome de arquivo de origem
Pré-processamento : macro, instruções de pré-processamento
Variáveis : variáveis globais static , conversões
Recenseadores
Tipos aritméticos : tipos integrais com sinal vs. sem sinal, conversão de tipos integrais, tipos integrais: tamanho e outros problemas, tipos de ponto flutuante
Funções : parâmetros de função, argumentos de função, valores de retorno de função, especificadores de função, expressões lambda
Estruturas e classes : struct vs class , inicialização, listas de inicializadores reforçadas, funções de membro especiais, =default , =delete , outros problemas, herança, estilo

15. Convenções do Código II

auto
Modelos e tipo de dedução
Fluxo de controle : fluxo de controle redundante, if/else , comparação, switch , for/while
Namespace : using namespace , namespace anônimo/sem nome, namespace e design de classe, estilo
Recursos modernos do C++ : palavras-chave, recursos, classe, biblioteca
Manutenção : compreensão de código, funções, modelo e depuração, biblioteca
Portabilidade
Nomenclatura : entidades, variáveis, funções, convenções de estilo, aplicação de estilos de nomenclatura
Legibilidade e formatação : espaçamento horizontal, ponteiros/referências, espaçamento vertical, colchetes, decoradores de tipo, redução da verbosidade do código, outros problemas
Documentação de código : documentação de função, sintaxe de comentário, documentação de arquivo

16. Depuração e teste

Visão geral da depuração
Asserções
Depuração de execução : Breakpoints, Watchpoints / Catchpoints, Fluxo de controle, Pilha e informações, Imprimir, Desmontar, std::breakpoint
Depuração de memória : valgrind
Técnicas de proteção : uso de pilha, verificações de biblioteca padrão, proteções de comportamento indefinido, proteções de fluxo de controle
Desinfetantes : Desinfetante de endereço, Desinfetante de vazamento, Desinfetante de memória, Desinfetante de comportamento indefinido, Desinfetante baseado em amostragem
Resumo de depuração
Avisos do compilador
Análise Estática
Teste de código : teste de unidade, desenvolvimento orientado a testes (TDD), cobertura de código, teste Fuzz
Qualidade do código : clang-tidy

17. Ecossistema - Cmake e outras ferramentas

CMake : cmake e ctest
Documentação de código : doxygen
Estatísticas de código : contagem de linhas de código, analisador de complexidade ciclomático
Outras ferramentas : formatação de código - clang-format , Compiler Explorer , transformação de código - CppInsights , conclusão de código com tecnologia de IA - Pesquisa de código local - ugrep , ripgrep , hypergrep , mecanismo de pesquisa de código - searchcode/grep.app , benchmarking de código - Quick-Bench , Fonte para codificação

18. Utilitários

Fluxo de E/S : Manipulador, ofstream/ifstream
Strings : std::string , conversão de/para valores numéricos, std::string_view , std::format , std::print
Visualizar : std::span
Bibliotecas matemáticas
Número aleatório : conceitos básicos, C++ <random> , semente, período e qualidade PRNG, distribuição, algoritmos recentes e desempenho, quase aleatório
Medição de tempo : hora do relógio de parede, hora do usuário, hora do sistema
Modelos de classe padrão : std::pair , std::tuple , std::variant , std::optional , std::any , std::stacktrace
Biblioteca do sistema de arquivos : métodos de consulta, métodos de modificação

19. Contêineres, Iteradores e Algoritmos

Contêineres e Iteradores
Contêineres de sequência : std::array , std::vector , std::deque , std::list , std::forward_list
Contêineres associativos : std::set , std::map , std::multiset
Adaptadores de contêiner : std::stack , std::queue , std::priority_queue
Implementar um Iterador Personalizado : Implementar um Iterador simples
Notas do iterador :
Métodos utilitários do iterador : std::advance , std::next , std::prev , std::distance , métodos de acesso ao contêiner, características do iterador
Biblioteca de algoritmos : std::find_if , std::sort , std::accumulate , std::generate , std::remove_if
Intervalos C++20 : Conceitos-chave, visualização de intervalo, adaptador de intervalo, fábrica de intervalo, algoritmos de intervalo, ações de intervalo

20. Tópicos Avançados I

Mover semântica : referências de lvalues e rvalues , semântica de movimentação, std::move , semântica de declaração de classe
Referência Universal e Encaminhamento Perfeito : Referência Universal, Regras de Recolhimento de Referência, Encaminhamento Perfeito
Categorias de valor
& , && Qualificadores de referência e sobrecarga volatile
Copiar Elisão e RVO
Dedução de tipo : passagem por referência, passagem por ponteiro, passagem por valor, dedução auto , auto(x) : cópia de decaimento
const Correção

21. Tópicos Avançados II

Comportamento indefinido: comportamento ilegal, comportamento específico da plataforma, comportamento não especificado, detecção de comportamento indefinido
Tratamento de erros : tratamento de erros recuperáveis, código de retorno, exceções C++, definição de exceções personalizadas, palavra-chave noexcept , problemas de alocação de memória, código de retorno e resumo de exceção, std::expected , abordagens alternativas de tratamento de erros
Ponteiros inteligentes : std::unique_ptr , std::shared_ptr , std::weak_ptr
Simultaneidade : métodos de thread, mutex, atômico, paralelismo baseado em tarefas

22. Otimização I – Conceitos Básicos

Introdução : Lei de Moore, limitações da Lei de Moore, razões para otimização
Conceitos Básicos : Complexidade assintótica, trade-off tempo-memória, ciclo de desenvolvimento, lei de Ahmdal, taxa de transferência, largura de banda, latência, limites de desempenho, intensidade aritmética
Conceitos básicos de arquitetura : taxa de transferência de instruções (IPC), execução em ordem e fora de ordem, pipeline de instruções, paralelismo em nível de instrução (ILP), lei de Little, paralelismo em nível de dados (DLP) e instruções vetoriais (SIMD), Paralelismo em nível de thread (TLP), threads múltiplos de instrução única (SIMT), RISC, conjuntos de instruções CISC
Hierarquia de memória : conceitos de hierarquia de memória, localidade de memória, latência núcleo a núcleo e afinidade de thread, modelo de ordenação de memória

23. Otimização II - Otimização de Código

Operações de E/S : printf , E/S mapeada na memória, acelera o carregamento de dados brutos
Otimizações de memória : memória heap, memória stack, utilização de cache, alinhamento de dados, pré-busca de memória
Tipos aritméticos : tipos de dados, operações aritméticas, conversão, ponto flutuante, funções intrínsecas do compilador, valor em um intervalo, tabela de pesquisa
Fluxo de controle : ramificações, dicas de ramificação - [[likely]] / [[unlikely]] , inteiros assinados/não assinados, loops, elevação de loop, desenrolamento de loop, asserções, dicas do compilador [[assume]]/std::unreacheable() , Recursão
Funções : custo de chamada de função, passagem de argumento, inlining de função, atributos de função, alias de ponteiros
Programação Orientada a Objetos
Biblioteca Std e outros aspectos do idioma

24. Otimização III - Otimizações sem codificação e benchmarking

Otimizações do compilador : sobre o compilador, sinalizadores de otimização do compilador, sinalizadores de otimização de ponto flutuante, sinalizadores de otimização de vinculador, sinalizadores de arquitetura, ajudar o compilador a produzir código melhor, otimização guiada por perfil (PGO), otimizador binário de pós-processamento, otimizações poliédricas
Técnicas de transformação do compilador : transformações básicas, descomutação de loop, fusão de loop, fissão de loop, intercâmbio de loop, ladrilho de loop
Bibliotecas e estruturas de dados
Benchmarking de desempenho : O que testar?, Qualidade da carga de trabalho/conjunto de dados, Comportamento do cache, Desempenho estável da CPU, Considerações sobre multithreads, Layout da memória do programa, Sobrecarga de medição, Otimizações do compilador, Avaliação de métricas
Criação de perfil : gprof , uftrace , callgrind , cachegrind , perf Linux profiler
Computação Paralela : Simultaneidade vs. Paralelismo, Dimensionamento de Desempenho, Lei de Gustafson, Linguagens de Programação Paralelas

25. Design de Software I - Conceitos Básicos (DRAFT)

Livros e Referências
Conceitos Básicos : Abstração, interface e módulo, Classe Invariante
Princípios de Design de Software : Separação de interesses, Baixo acoplamento, alta coesão, Encapsulamento e ocultação de informações, Design por contrato, Decomposição de problemas, Reutilização de código
Complexidade de software : entropia de software, dívida técnica
Os Princípios de Design SOLID
Design de classe : O princípio da interface de classe, funções de membro versus funções livres, funções de namespace versus métodos estáticos de classe
Estudo de caso BLAS GEMM
Possuindo objetos e visualizações
Valor vs. Semântica de Referência
Variáveis Globais

26. Design de Software II - Padrões de Design e Idiomas (DRAFT)

Idiomas C++ : Regra de Zero, Regra de Três, Regra de Cinco
Padrão de design : Singleton, ponteiro para implementação (PIMPL), padrão de modelo curiosamente recorrente (CRTP), funções virtuais de modelo