ETY-215 Προχωρημένος Προγραμματισμός Ι:
Εισαγωγή στη γλώσσα προγραμματισμού C++

Διδάσκων

Σταμάτης Σταματιάδης
email
stamatis@materials.uoc.gr
τηλέφωνο
2810 39 4284
γραφείο
Γραφείο Β-201, κτίριο Επιστήμης Υπολογιστών.

Ώρες και Αίθουσα Διδασκαλίας

Διαλέξεις
Τρίτη 17:00-19:00
Ασκήσεις
Δευτέρα 13:00-14:00

Ανακοινώσεις

14 Σεπτεμβρίου 2020
Το μάθημα αρχίζει την Τρίτη 29 Σεπτεμβρίου με θεωρία. Θα γίνει εξ αποστάσεως. Έναρξη διάλεξης 17:15. Επισκεφθείτε το link.
24 Νοεμβρίου 2020
Το μάθημα της Τρίτης 1 Δεκεμβρίου θα γίνει την Δευτέρα 30 Νοεμβρίου, στις 11:00-13:00.
18 Δεκεμβρίου 2020
Η εξέταση του μαθήματος θα γίνει την Πέμπτη 28 Ιανουαρίου 2021, στις 16:00. Θα περιλαμβάνει μόνο ασκήσεις. Σημειώσεις, λύσεις ασκήσεων και οποιοδήποτε άλλο βοηθητικό υλικό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ελεύθερα. Επισκεφθείτε το link.

Αντικείμενο –Σκοπός

Το μάθημα αποτελεί μια εισαγωγή στη γλώσσα προγραμματισμού C++. Παρουσιάζονται τα στοιχεία της γλώσσας σύμφωνα με το ISO Standard του 2014 και οι σύγχρονες μέθοδοι προγραμματισμού με έμφαση σε ό,τι χρειάζεται για την ανάπτυξη επιστημονικών κωδίκων. Η διάρκεια του μαθήματος δεν επιτρέπει μεν εμβάθυνση, είναι όμως επαρκής για την απόκτηση ενός καλού υποβάθρου για περαιτέρω ενασχόληση.

Απευθύνεται σε προπτυχιακούς φοιτητές θετικών επιστημών με εισαγωγικές γνώσεις προγραμματισμού υπολογιστών και με διάθεση να μάθουν περισσότερα. Είναι επιθυμητό να έχουν επιτύχει σε εισαγωγικό μάθημα προγραμματισμού.

Διδακτέα Ύλη

Η διδακτέα ύλη του μαθήματος περιλαμβάνει

Βασικές έννοιες

Εισαγωγή, τύποι και τελεστές της C++.
Συντακτικό της γλώσσας, δεσμευμένες λέξεις, κανόνες σχηματισμού ονομάτων. Θεμελιώδεις τύποι μεταβλητών: λογικός, χαρακτήρα, ακεραίων, πραγματικών, μιγαδικών αριθμών. "Τύπος" void. Απαριθμήσεις. Τρόποι δήλωσης και εμβέλεια μεταβλητών και σταθερών ποσοτήτων. Αριθμητικοί τελεστές, προτεραιότητες. Χώροι ονομάτων. Αναφορές και Δείκτες.
Εντολές επιλογής, εντολές επανάληψης.
Τελεστές σύγκρισης, Εντολή if, τελεστής (?:), εντολή switch. Βρόχοι while, do while, for, range for. Εντολές continue, break.
Βασικές δομές αποθήκευσης
Διανύσματα - Πίνακες, στατικοί και δυναμικοί. Δομή (struct).
Ροές (streams)
Ροές αρχείων, Εσωτερικά αρχεία, είσοδος-έξοδος δεδομένων, διαμορφώσεις.
Συναρτήσεις.
Ορισμός και κλήση συνάρτησης, συνάρτηση main. Overloading, συναρτήσεις template. Μαθηματικές συναρτήσεις της C++.
Χειρισμός σφαλμάτων
Συναρτήσεις assert, static_assert. Σφάλματα μαθηματικών συναρτήσεων. Εξαιρέσεις (exceptions).

Standard Library

Iterators
Εισόδου, εξόδου, μονής κατεύθυνσης, διπλής κατεύθυνσης, τυχαίας προσπέλασης.
Containers
array, vector, deque, list, set, multiset, map, multimap, unordered_set, unordered_multiset, unordered_map, unordered_multimap.
Αλγόριθμοι
Κατηγορίες αλγορίθμων
Λοιπές έννοιες
Αντικείμενα-Συναρτήσεις, συναρτήσεις λάμδα, προσαρμογείς (adapters).

Αντικειμενοστρεφής Προγραμματισμός

Βασικές έννοιες
Οργάνωση κώδικα, ενθυλάκωση (encapsulation), ιεραρχία - κληρονομικότητα (inheritance), πολυμορφισμός.
Κλάσεις
Συναρτήσεις δημιουργίας, καταστροφής, αντιγραφής, μετακίνησης. Τελεστές εκχώρησης, σύγκρισης, λοιποί τελεστές. Υπόδειγμα κλάσης (class template).

Λοιπά Θέματα.

Μεθοδολογία οργάνωσης προγραμμάτων. Διασύνδεση με βιβλιοθήκες συναρτήσεων σε FORTRAN και C.

Διδακτικά Βοηθήματα

Διατίθενται εκτεταμένες σημειώσεις που παρουσιάζουν τα πιο χρήσιμα χαρακτηριστικά της C++14.

Διαλέξεις

Πρώτη
Εισαγωγή. Παράδειγμα προγράμματος. Ανάλυσή του. Σχόλια. Τύποι (ακέραιοι, πραγματικοί). Μορφή ακέραιων και πραγματικών σταθερών. Αριθμητικοί τελεστές. Κανόνες μετατροπής. Δήλωση μεταβλητής. Δήλωση με αρχική τιμή. Δήλωση με αυτόματη αναγνώριση τύπου.

Παρουσίαση

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: Κεφάλαιο 1, 2.1, 2.2, 2.5 (εκτός από 2.5.3), 2.9, 2.11

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 1.1-1.3, 2.1-2.15, 2.18. Κυρίως τις 2.9, 2.14, 2.15.

Ενδεικτικές λύσεις: 2.9, 2.15

Δεύτερη
Σταθερή ποσότητα. Εντολή Εκχώρησης. Κανόνες σχηματισμού ονόματος. Τύπος χαρακτήρα. Εμβέλεια ποσοτήτων. Μαθηματικές συναρτήσεις.

Παρουσίαση

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 2.3, 2.4, 2.5.4, 2.7, 2.8, 2.11.1, 2.13.

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 2.19

Ενδεικτικές λύσεις: 2.19

Τρίτη
Λογικός τύπος. Λογικοί τελεστές. Προτεραιότητες τελεστών. Εντολές επιλογής (if, switch, ?:). Μιγαδικός τύπος. Εντολή using. Αναφορά. Χώρος ονομάτων.

Παρουσίαση

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 2.5.3, 2.10, 2.14, 2.16, 2.17, 2.18 (όχι 2.18.1), Κεφάλαιο 3.

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 2.20, όλες του 3ου Κεφαλαίου. Κυρίως τις 2.20, 3.3, 3.6, 3.8, 3.9.

Ενδεικτικές λύσεις: 3.3, 3.4, 3.8, 3.9.

Τέταρτη
Εντολές Επανάληψης (for, while, do ... while, range for). – Βοηθητικές εντολές (break, continue).

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: Κεφάλαιο 4 (εκτός από 4.6.3).

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: όλες του 4ου Κεφαλαίου (εκτός από 33)

Κυρίως: 4.5, 4.11, 4.15, 4.18, 4.19, 4.20, 4.23, 4.42

Παρουσίαση

Ενδεικτικές λύσεις: Μέγιστος κοινός διαιρέτης, Πρώτος αριθμός, Πάσχα, Διαφορά ημερομηνιών, Αύξηση ημερομηνίας, Κέρματα

Πέμπτη
Στατικά και δυναμικά διανύσματα και πίνακες. Υλοποίηση με std::array<> και std::vector<>.

Παρουσίαση

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 5.1, 5.2, 5.3 (εκτός 5.3.1), 5.4.

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 5.1-5.9, 5.12. Κυρίως τις 5.7, 5.8, 5.9.

Ενδεικτικές λύσεις: Κόσκινο Ερατοσθένη (5.8), Λάμπες (5.9).

Έκτη
Τύπος string. Γεννήτρια τυχαίων αριθμών. Ροές αρχείων. Είσοδος-έξοδος δεδομένων. Διαμορφώσεις. Εσωτερικά αρχεία. Struct.

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 2.15, 2.20, 5.5, Κεφάλαιο 6.

Παρουσίαση

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 4.33, 5.10, 5.11, όλες του 6ου Κεφαλαίου.

Κυρίως τις 5.10, 5.11, 6.7, 6.19, 6.20-6.24

Ενδεικτικές λύσεις: Ημερολόγιο, Πίνακας Λογαρίθμων, Εικόνα ppgm, Περιστροφή εικόνας, Μυρμήγκι, Game of life.

Έβδομη
Συναρτήσεις: ορισμός-δήλωση-κλήση. Προκαθορισμένες τιμές ορισμάτων. Οργάνωση κώδικα. Αναδρομική συνάρτηση. Συνάρτηση ως όρισμα. Overloading.

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 7.1-7.8, 7.10

Παρουσίαση

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: όλες του 7ου Κεφαλαίου. Κυρίως οι 7.5, 7.7, 7.8, 7.9, 7.23, 7.37, 7.40, 7.42.

Ενδεικτικές λύσεις: 7.21, Αρμονικός ταλαντωτής (7.42),

Όγδοη
Στατικές ποσότητες. Συνάρτηση main(). Μαθηματικές συναρτήσεις. Templates. Αλγόριθμοι αναζήτησης και ταξινόμησης. Αλγόριθμοι αναζήτησης (γραμμικός, δυαδικός). Αλγόριθμοι ταξινόμησης (quick sort, merge sort).

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 7.14, 7.9, 7.15, 7.11, Παράρτημα Β': Β'1.1, Β'1.2, Β'2.3, Β'2.4

Παρουσίαση

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: Β'1, Β'2, Β'4, Β'5, Β'6, Β'7.

Ενδεικτικές λύσεις: Αναζήτηση, Ταξινόμηση.

Ένατη
Επισκόπηση της Standard Library. Διάφορες συναρτήσεις (ελάχιστου/μέγιστου, εναλλαγής, ανταλλαγής). Παρουσίαση containers. Iterators: ορισμός, πράξεις.

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 9.1, 9.2.3, 9.2.5, 9.2.6, 10.1, 10.2 (εκτός από 10.2.1), 10.3.

Παρουσίαση

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 10.1, 10.2, 10.6, 10.7, 10.8, 10.9, 10.13.

Ενδεικτικές λύσεις: 10.1, 10.2.

Δέκατη
Επανάληψη (iterators, containers). Κατηγορίες iterators. Βοηθητικές συναρτήσεις. Δημιουργία—Χρήση container.

Παρουσίαση

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 10.4, 10.5 (εκτός από 10.5.5, 10.5.6), 10.6, 10.9.1, 10.9.2, 11.1, 11.2, 11.3,11.4, (προσεκτική ανάγνωση τα 11.5-11.7).

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 10.3, 10.4, 10.10,10.11,10.12, 10.14, 11.2, 11.3, 11.6

Ενδεικτικές λύσεις: 10.3, 10.11, 11.3.

Ενδέκατη
Συναρτήσεις λάμδα. Αλγόριθμοι. Εισαγωγή στις κλάσεις, εσωτερική αναπαράσταση, constructors.

Παρουσίαση

Σχετικές παράγραφοι στις σημειώσεις: 9.3.1 (παλαιές σημειώσεις) ή 9.4 (νέες σημειώσεις), Κεφάλαιο 12, 14.1, 14.2, 14.3, 14.5, 14.5.1.

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 12.1, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6

Ενδεικτικές λύσεις: 12.1, 12.4.

Δωδέκατη
Εισαγωγή στις κλάσεις (συνέχεια). Copy constructor, destructor, τελεστής εκχώρησης, τελεστές σύκρισης, αριθμητικοί τελεστές, λοιποί τελεστές. Υπόδειγμα κλάσης (class template). Οργάνωση κώδικα κλάσης.

Παρουσίαση

Ασκήσεις από τις σημειώσεις: 14.1 (κλάση date) ( κατεβάστε το σχετικό αρχείο), 14.2, 14.3,14.4, 14.5, 14.6.

Ενδεικτική λύση (date.hpp, date.cpp) της κλάσης date.

Εξετάσεις και Βαθμολόγηση

Τρόπος Εξέτασης

Σημαντικό ρόλο έχει το ενδιαφέρον προς το μάθημα και η γενική απόδοση στις ασκήσεις που θα γίνονται σε κάθε εργαστήριο. Η συμμετοχή στα εργαστήρια δεν είναι υποχρεωτική, η ύλη όμως που καλύπτεται σε αυτά θεωρείται γνωστή στα επόμενα.

Η τελική εξέταση γίνεται στο εργαστήριο υπολογιστών και αποτελείται από ασκήσεις συγγραφής ολοκληρωμένων προγραμμάτων, με ανοιχτές σημειώσεις και βιβλία.

Κατά τη διάρκεια της εξέτασης ΑΠΑΓΟΡΕΥΕΤΑΙ Η ΧΡΗΣΗ ΚΙΝΗΤΩΝ ΤΗΛΕΦΩΝΩΝ.

Παλαιά θέματα εξετάσεων

C++ Online Documentation

C++ Online Tutorials

Δωρεάν Compilers της C++

Online Compilers της C++

Συλλογές Συνδέσμων

Διάφορα

Βιβλιογραφία

Bιβλία, στα αγγλικά, ταξινομημένα με αύξοντα βαθμό δυσκολίας και πληρότητας (και αριθμού σελίδων!). Κάποια από τα βιβλία υπάρχουν στη Βιβλιοθήκη του Πανεπιστημίου. Να αποφύγετε όσα τυχόν βρείτε και έχουν εκδοθεί πριν το 1997, περιγράφουν τη γλώσσα πριν τυποποιηθεί με το Standard του 1998. Να προτιμήσετε βιβλία που έχουν εκδοθεί μετά το 2011 και περιγράφουν τη γλώσσα σύμφωνα με το Standard του 2011.

C++11/C++14

  1. Bjarne Stroustrup. Programming -- Principles and Practice Using C++ (Second Edition) Addison Wesley, Reading, MA, USA, 2014.
  2. Bjarne Stroustrup. A tour of C++. Addison Wesley, Reading, MA, USA, 2013. A Tour of C++ ]
  3. Stanley B. Lippman, Josée Lajoie and Barbara E. Moo. C++ Primer. Addison Wesley, Reading, MA, USA, fifth edition, August 2012. Πολύ καλή, αναλυτικότατη παρουσίαση σχεδόν όλης της γλώσσας. Είναι κάπως δύσχρηστο ως βιβλίο αναφοράς.
  4. Nicolai M. Josuttis. The C++ Standard Library: A Tutorial and Reference. Addison Wesley, Reading, MA, USA, March 2012. The C++ Standard Library ] Πλήρες βιβλίο για την παρουσίαση της Standard Library. Απαιτεί γνώση των βασικών στοιχείων της C++. Ο τρόπος οργάνωσης της ύλης ίσως δυσκολεύει τον αναγνώστη.
  5. Bjarne Stroustrup. The C++ Programming Language. Addison Wesley, Reading, MA, USA, fourth edition, 2013. The C++ Programming Language (Fourth Edition) ] Η τέταρτη έκδοση διατίθεται μεταφρασμένη στα ελληνικά, με τίτλο “Η Γλώσσα Προγραμματισμού C++”, από τις εκδόσεις “Κλειδάριθμος”. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη. Το πληρέστερο βιβλίο για τη C++, από το δημιουργό της γλώσσας.

C++98

  1. Andrew Koenig and Barbara E. Moo. Accelerated C++: practical programming by example. C++ In-Depth Series. Addison Wesley, Reading, MA, USA, 2000. Accelerated C++ ] Θεωρείται ένα από καλύτερα εισαγωγικά βιβλία, με πρωτοποριακή προσέγγιση στη διδασκαλία της C++. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη και προτείνεται για αυτομελέτη.
  2. Stanley B. Lippman. Essential C++. C++ In-Depth Series. Addison Wesley, Reading, MA, USA, 2000. Σύντομο και σχετικά πλήρες. Απαιτεί κάποια εξοικοίωση με τον προγραμματισμό. Προτείνεται για αυτομελέτη.
  3. Bjarne Stroustrup. Programming -- Principles and Practice Using C++ Addison Wesley, Reading, MA, USA, 2008.
    Εκδίδεται μεταφρασμένο στα ελληνικά, με τίτλο “Προγραμματισμός με τη C++”, από τις εκδόσεις “Παπασωτηρίου”.
  4. John R. Hubbard. Programming with C++. Schaum's Outline Series. McGraw-Hill, second edition, June 2000.
  5. Bruce Eckel. Thinking in C++. Introduction to Standard C++, volume 1.
    Prentice Hall, second edition, 2000. http://www.mindviewinc.com ] Διατίθεται και σε ηλεκτρονική μορφή, δωρεάν στο σχετικό link.
  6. Stanley B. Lippman, Josée Lajoie. C++ Primer. Addison Wesley, Reading, MA, USA, third edition, April 1998. Πολύ καλή, αναλυτικότατη παρουσίαση σχεδόν όλης της γλώσσας. Είναι κάπως δύσχρηστο ως βιβλίο αναφοράς. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη.
  7. Nicolai M. Josuttis. The C++ Standard Library: A Tutorial and Reference. Addison Wesley, Reading, MA, USA, September 1999. The C++ Standard Library ] Πλήρες βιβλίο για την παρουσίαση της Standard Library. Απαιτεί γνώση των βασικών στοιχείων της C++. Ο τρόπος οργάνωσης της ύλης ίσως δυσκολεύει τον αναγνώστη. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη.
  8. Bjarne Stroustrup. The C++ Programming Language. Addison Wesley, Reading, MA, USA, third edition, 1997. The C++ Programming Language (Third Edition) ] Διατίθεται μεταφρασμένη στα ελληνικά, με τίτλο “Η Γλώσσα Προγραμματισμού C++”, από τις εκδόσεις “Κλειδάριθμος”. Το πληρέστερο βιβλίο για τη C++, από το δημιουργό της γλώσσας. Η τρίτη έκδοση υπάρχει στη Βιβλιοθήκη. Τα τρία πρώτα κεφάλαια του βιβλίου (ιστορία και επισκόπηση της γλώσσας) παρέχονται δωρεάν στo σχετικό link και προτείνονται για ανάγνωση (είναι ιδιαίτερα δύσκολα για αρχάριους).