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Agenda Seminar „Modern C++”

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Verschiebe-Semantik (Move-Semantik)

  • Move-Semantik einsetzen um laufzeitintensives Kopieren durch schnelles Verschieben zu ersetzen
  • Move-Semantik einsetzen um Daten zu verschieben, die nicht kopierbar sind
  • RValues und LValues
  • Verschiebe-Semantik (Move–Semantic) erklärt
  • Verschiebe-Semantik mit dem Swap-Idiom realisiert
  • „Rule of Three”, „Rule of Five” und „Rule of Zero”

auto

  • Vereinbarung von Variablen / Automatic Type Deduction
  • Neuartige Möglichkeit in der Definition von Funktionen / Function Return Type Deduction
  • Funktionsdefinition mit Trailing Return Type
  • Verlust von const und & (Referenz) bei auto
  • decltype(auto)
  • Möglichkeiten des Gebrauchs von auto im Vergleich

Lambdas

  • Anonyme Funktionsobjekte
  • Historische Betrachtung: Funktionen → aufrufbare Objekte → Lambdas
  • Erfassungsklausel / Capture-Clause / Closure von Lambdas
  • Lambdas: auto und std::function<T>
  • IIFE – Immediately Invoked Functional Expression
  • „Generalized Lambda Capture”
  • C++20: „Variadic Capture”

Generische Funktionen (inkl. Lambdas)

  • Übersicht
  • Automatic Type Deduction bei generischen Lambda Ausdrücken
  • Lambda Ausdrücke mit template-Header
  • Perfect Forwarding mit generischen Lambdas
  • Rekursive Lambda Ausdrücke
  • Currying in C++

Konzepte (Concepts) und Einschränkungen (Requirements) für Funktionen

  • Konzept von „C++ Concepts”: concept
  • requires-Klausel
  • Benutzerdefinierte Einschränkungen (user-defined requirements)

Initialisierung

  • Initialisierung („Brace Initialization” bzw. „Uniform Initialization”)
  • Initialisierungslisten (std::initializer_list)

Verschiedenes

  • Structured Binding
  • Range-based for–Loop
  • Copy/Move Elision
  • Placement New: Trennung von Speicherallokation und Objektkonstruktion
  • Vererbung: Schlüsselwörter override, virtual, final
  • Argument-Dependent Name Lookup (ADL) / Koenig-Lookup

Intelligente Zeiger (Smart Pointer Klassen)

  • Zeiger mit einem Besitzer: std::unique_ptr
  • Intelligenter Zeiger mit Referenzzählung: std::shared_ptr
  • Spezieller intelligenter Zeiger in Verbindung mit std::shared_ptr: std::weak_ptr
  • Memory Leaks Detection

constexpr

  • Funktionen mit constexpr verwenden um teure Berechnungen in die Übersetzungszeit zu verschieben
  • constexpr erklärt
  • Klassen / benutzerdefinierte Datentypen mit constexpr Konstruktoren
  • constexpr-Funktionen und constexpr-Lambda-Funktionen
  • const, constexpr, consteval und constinit

Benutzerdefinierte Literale

  • Beispiel eines Literals 0xFF0000_rgb
  • Benutzerdefinierte Literale und constexpr

Funktions- und Klassen-Templates

  • Einführende Beispiele
  • Klassen-Templates mit mehreren Parametern
  • Definition von Methoden eines Klassen-Templates
  • Eine Methode eines Klassen-Templates spezialisieren
  • Klassen-Templates und Non-Type Parameter
  • Member Function Template (Method Template)
  • Ein Template mit Template-Parametern
  • Default-Werte für Template-Parameter
  • Alias Template
  • Partielle und explizite Template Spezialisierung
  • Übersetzungsmodelle für Templates
  • Two-Phase Name Lookup
  • Überladen und Spezialisieren von Funktions-Templates
  • Spezialisieren von Funktions-Templates

Standard Template Library (STL)

  • STL-Container, -Iteratoren, -Algorithmen und aufrufbare Objekte
  • Von sequentiellen auf ungeordnete assoziative Container umsteigen, um die Laufzeit zu verbessern
  • Algorithmen
  • STL-Algorithmen und Lambdas

Ausgewählte STL-Algorithmen

  • std::fill, std::for_each, std::generate
  • std::copy, std::transform, std::accumulate
  • std::all_of, std::any_of und std::none_of
  • std::back_inserter (Iteratoren-Adapter)
  • Das Erase-Remove-Idiom

Metaprogramming

  • Grundlagen
  • Wiederholungsanweisung, bedingte Anweisung und Rückgabewert

„Type Traits”

  • Eigenschaften von Datentypen zur Übersetzungszeit betrachten / ändern
  • decltype und std::declval
  • Iterator::value_type und Iterator::iterator_category
  • std::remove_reference und std::remove_const erkärt

Konzepte (Concepts) und Einschränkungen (Requirements) für Klassen

  • Konzept von „C++ Concepts”: concept
  • requires-Klausel nach der Template-Parameterliste
  • Eingeschränkte Template Parameter

Variadische Templates

  • Allgemeines / Einführende Beispiele
  • Anwendungsfall: Zugriff auf jedes einzelne Argument
  • Anwendungsfall: Mixins
  • Anwendungsfall: emplace-Technik
  • Perfect Forwarding (Universal Reference)
  • constexpr if
  • std::invoke

Folding-Ausdrücke

  • Grundlagen
  • Folding „über einem Komma”

Funktionale Programmierung mit C++

  • Grundlagen
  • Pure Funktionen
  • Partial Application und Currying
  • Funktionen höherer Ordnung
  • Filter-Map-Reduce Pattern
  • Ein Beispiel mit STL und Ranges

Expression Templates / Lazy Evaluation

  • Allgemeines / Erläuterung
  • Beispiel Klasse Matrix

Ergänzungen zu Zeichenketten

  • Klasse std::string_view
  • SSO (Small String Optimization)

Neue Utility Klassen

  • std::array, std::to_array und std::span:
    Speicher- und Laufzeitcharakteristik eines C-Arrays mit der Schnittstelle eines C++-Vektors verbinden
  • std::optional
  • std::variant
  • std::any
  • std::pair
  • std::tuple
  • std::reference_wrapper und std::ref
  • std::common_type
  • Vertiefungen zu std::variant: Das Visitor-Konzept mit std::visit und das sog. Overload–Pattern

Ausnahmesicherheit / Exception Safety

  • Keine Ausnahmesicherheit (No Exception Safety)
  • Elementare Ausnahmesicherheit (Basic Exception Safety)
  • Starke Ausnahmesicherheit (Strong Exception Safety)
  • No-throw-Garantie (No-throw guarantee)

Type Erasure

  • Was ist Type Erasure
  • Implementierung des Type Erasure Idioms
  • Ergänzung um Konzepte (concept)
  • Vergleich (Performanzbetrachtung) von statischem Polymorphismus (Templates) mit dynamischem Polymorphismus (virtueller Methodenaufrufmechanismus)
  • Beispiel „Buchhandlung” (statischer versus dynamischer Polymorphismus)

CRTP („Curiously recurring template pattern”)

  • Allgemeines
  • Beispiel „Mixins”

Multithreading / Concurrency

  • RAII
  • Nebenläufige Ausführung: Klasse std::thread
  • Mutexe und Sperrmechanismen
  • Nochmals nebenläufige Ausführung: Funktion std::async und Thread-Pool
  • Futures und Promises: Klassen std::future und std::promise
  • Funktionen verpacken: Klasse std::packaged_task
  • Nochmals nebenläufige Ausführung: Klasse std::jthread
  • Die Klassen std::stop_source, std::stop_token und std::stop_callback
  • Verriegelungen und Barrieren: Klassen std::latch und std::barrier
  • Semaphore: Klassen std::binary_semaphore und std::counting_semaphore
  • Parallelisierung von STL-Algorithmen
  • Anwendungsbeispiel: Das Erzeuger-Verbraucher Problem
  • Anwendungsbeispiel: Event Loop - Ereigniswarteschlange

C++–23: Odds and Ends

  • Modularisierte Standardbibliothek
  • The Return of „printf”: std::print(ln) in C++ 23
  • C++ Standard-Attribute
  • Neue Klasse zur Fehlerbehandlung: std::expected
  • Klasse std::source_location
  • Funktion std::to_underlying

C++–23: Ausblick

  • Concepts
  • Ranges
  • Coroutines
  • Module
  • std::format
  • Spaceship Operator <=>

C++–26: Ausblick

  • Reflection

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