Wysoce wydajny C++. Opanuj sztuk - Helion

ebook

Autor: Bjorn Andrist, Viktor Sehr
Tytuł oryginału: C++ High Performance: Master the art of optimizing the functioning of your C++ code, 2nd Edition
Tłumaczenie: Tomasz Walczak
ISBN: 978-83-283-9709-5
stron: 448, Format: ebook
Księgarnia: Helion

Cena książki: 119,00 zł

Książka będzie dostępna od grudnia 2022

Pobierz fragment książki »

Tagi: C++ - Programowanie

Dzisiejszy C++ jest wyj

Spis treści

Wysoce wydajny C++. Opanuj sztukę optymalizowania działania kodu. Wydanie II eBook -- spis treści

Przedmowa

O autorach

O korektorach merytorycznych

Wprowadzenie

Dla kogo przeznaczona jest ta książka?
Zawartość książki
Jak najlepiej skorzystać z tej książki?
Pobieranie plików z przykładowym kodem
Stosowane konwencje typograficzne

Rozdział 1. Krótkie wprowadzenie do języka C++

Dlaczego C++?
- Bezkosztowe abstrakcje
- Przenośność
- Odporność
- Język C++ dzisiaj
Porównanie C++ z innymi językami
- Konkurencyjne języki i wydajność
- Mechanizmy języka C++ niezwiązane z wydajnością
- Wady języka C++
Biblioteki i kompilatory używane w tej książce
Podsumowanie

Rozdział 2. Podstawowe techniki języka C++

Automatyczne wykrywanie typów za pomocą słowa kluczowego auto
- Stosowanie słowa kluczowego auto w sygnaturach funkcji
- Stosowanie słowa kluczowego auto dla zmiennych
Semantyka przenoszenia
- Tworzenie przez kopiowanie, wymienianie i przenoszenie
- Pozyskiwanie zasobów i reguła pięciu
- Zmienne nazwane i r-wartości
- Domyślna semantyka przenoszenia i reguła zera
- Stosowanie modyfikatora && do funkcji składowych klas
- Nie przenoś obiektów, jeśli kopiowanie i tak jest pomijane
- Jeśli to możliwe, stosuj przekazywanie przez wartość
Projektowanie interfejsów z obsługą błędów
- Kontrakty
- Obsługa błędów
Obiekty funkcyjne i wyrażenia lambda
- Podstawowa składnia lambd w języku C++
- Klauzula przechwytywania
- Przypisywanie do lambd wskaźników do funkcji języka C
- Typy lambd
- Lambdy i typ std::function
- Generyczne lambdy
Podsumowanie

Rozdział 3. Analizowanie i pomiar wydajności

Złożoność asymptotyczna i notacja dużego O
- Tempo wzrostu
- Zamortyzowana złożoność czasowa
Co mierzyć i w jaki sposób?
- Aspekty wydajności
- Przyspieszanie wykonywania kodu
- Liczniki wydajności
- Testy wydajności - dobre praktyki
Poznaj kod i znajdź hot spoty
- Profilery z instrumentacją
- Profilery z próbkowaniem
Mikrotesty
- Prawo Amdahla
- Pułapki związane z mikrotestami
- Przykład ilustrujący mikrotesty
Podsumowanie

Rozdział 4. Struktury danych

Cechy pamięci w komputerach
Kontenery z biblioteki standardowej
- Kontenery sekwencyjne
- Kontenery asocjacyjne
- Adaptery kontenerów
Używanie widoków
- Unikanie kopiowania dzięki typowi string_view
- Unikanie utraty informacji o długości tablic dzięki typowi std::span
Uwagi na temat wydajności
- Zapewnianie równowagi między gwarancjami złożoności a dodatkowymi kosztami
- Znajomość i stosowanie odpowiednich funkcji API
Tablice równoległe
Podsumowanie

Rozdział 5. Algorytmy

Wprowadzenie do algorytmów z biblioteki standardowej
- Ewolucja algorytmów z biblioteki standardowej
- Rozwiązywanie codziennych problemów
Iteratory i zakresy
- Wprowadzenie do iteratorów
- Wartość wartownika i iteratory zakońcowe
- Zakresy
- Kategorie iteratorów
Cechy algorytmów standardowych
- Algorytmy nie zmieniają wielkości kontenera
- Algorytmy zwracające dane wyjściowe wymagają zaalokowanych danych
- Algorytmy domyślnie używają funkcji operator==() i operator<()
- W algorytmach z ograniczeniami używane są projekcje
- Algorytmy wymagają, aby operatory przenoszące nie zgłaszały wyjątków
- Algorytmy mają gwarantowaną złożoność
- Algorytmy działają równie dobrze jak analogiczne funkcje z bibliotek języka C
Pisanie i stosowanie algorytmów generycznych
- Algorytmy niegeneryczne
- Algorytmy generyczne
- Struktury danych, które mogą być używane przez algorytmy generyczne
Dobre praktyki
- Stosowanie algorytmów z ograniczeniami
- Sortowanie tylko tych danych, które będą pobierane
- Stosowanie algorytmów standardowych zamiast surowych pętli for
- Unikanie tworzenia kopii kontenera
Podsumowanie

Rozdział 6. Zakresy i widoki

Powody powstania biblioteki Ranges
- Ograniczenia biblioteki Algorithm
Widoki z biblioteki Ranges
- Widoki można łączyć w łańcuch
- Widoki zakresów i adaptery zakresów
- Widoki są zakresami bez własności elementów oferującymi gwarancje złożoności
- Widoki nie modyfikują podstawowego kontenera
- Widoki można materializować do postaci kontenerów
- Widoki są przetwarzane leniwie
Widoki z biblioteki standardowej
- Widoki dla zakresów
- Jeszcze o typach std::string_view i std::span
Przyszłość biblioteki Ranges
Podsumowanie

Rozdział 7. Zarządzanie pamięcią

Pamięć w komputerze
- Wirtualna przestrzeń adresowa
- Strony pamięci
- Migotanie
Pamięć procesu
- Pamięć na stosie
- Pamięć na stercie
Obiekty w pamięci
- Tworzenie i usuwanie obiektów
- Wyrównanie pamięci
- Dopełnienie
Własność pamięci
- Pośrednie zarządzanie zasobami
- Kontenery
- Inteligentne wskaźniki
Optymalizacja małych obiektów
Niestandardowe zarządzanie pamięcią
- Tworzenie puli pamięci
- Niestandardowy alokator pamięci
- Stosowanie polimorficznych alokatorów pamięci
- Implementowanie niestandardowego zasobu pamięciowego
Podsumowanie

Rozdział 8. Programowanie z przetwarzaniem w czasie kompilacji

Wprowadzenie do metaprogramowania z użyciem szablonów
- Tworzenie szablonów
- Stosowanie liczb całkowitych jako parametrów szablonu
- Tworzenie specjalizacji szablonu
- Jak kompilator przetwarza funkcję szablonową?
- Skrócone szablony funkcji
- Pobieranie typu zmiennej za pomocą specyfikatora decltype
Cechy typów
- Kategorie cech typów
- Stosowanie cech typów
Programowanie z użyciem stałych wyrażeń
- Działanie funkcji ze słowem kluczowym constexpr w czasie wykonywania programu
- Deklarowanie funkcji natychmiastowych za pomocą słowa kluczowego consteval
- Instrukcja if constexpr
- Sprawdzanie błędów programistycznych w czasie kompilacji
Ograniczenia i koncepty
- Szablon Point2D bez ograniczeń
- Omówienie składni ograniczeń i konceptów
- Wersja szablonu Point2D z ograniczeniami
- Dodawanie ograniczeń do kodu
- Koncepty w bibliotece standardowej
Praktyczne przykłady metaprogramowania
- Przykład nr 1: tworzenie generycznej bezpiecznej funkcji rzutowania
- Przykład nr 2: obliczanie skrótów łańcuchów znaków w czasie kompilacji
Podsumowanie

Rozdział 9. Podstawowe narzędzia

Reprezentowanie wartości opcjonalnych za pomocą typu std::optional
- Opcjonalne zwracane wartości
- Opcjonalne zmienne składowe
- Unikanie pustych stanów w wyliczeniach
- Sortowanie i porównywanie wartości typu std::optional
Kolekcje niejednorodne o stałej wielkości
- Stosowanie typu std::pair
- Typ std::tuple
Kolekcje niejednorodne o dynamicznie zmienianej wielkości
- Typ std::variant
- Kolekcje niejednorodne z obiektami typu std::variant
- Dostęp do wartości z kontenera elementów typu VariantType
Praktyczne przykłady
- Przykład nr 1: projekcje i operatory porównania
- Przykład nr 2: refleksja
Podsumowanie

Rozdział 10. Obiekty pośredniczące i leniwe przetwarzanie

Wprowadzenie do leniwego przetwarzania i obiektów pośredniczących
- Przetwarzanie leniwe i przetwarzanie zachłanne
- Obiekty pośredniczące
Stosowanie obiektów pośredniczących do zapobiegania tworzeniu obiektów
- Porównywanie scalanych łańcuchów znaków z wykorzystaniem obiektu pośredniczącego
- Implementowanie obiektu pośredniczącego
- Modyfikator r-wartości
- Przypisywanie połączonej wartości do obiektu pośredniczącego
- Ocena wydajności
Odraczanie obliczania kwadratów
- Prosta klasa reprezentująca wektory dwuwymiarowe
- Obliczenia matematyczne
- Implementowanie klasy LengthProxy
- Porównywanie długości za pomocą klasy LengthProxy
- Obliczanie długości za pomocą klasy LengthProxy
- Ocena wydajności
Pomysłowe przeciążanie operatorów i obiekty pośredniczące
- Operator potoku jako metoda rozszerzająca
Podsumowanie

Rozdział 11. Współbieżność

Podstawy współbieżności
Co sprawia, że programowanie współbieżne jest trudne?
Współbieżność a równoległość
- Porcjowanie czasu
- Współdzielona pamięć
- Sytuacja wyścigu
- Muteks
- Zakleszczenie
- Zadania synchroniczne i zadania asynchroniczne
Programowanie współbieżne w języku C++
- Biblioteka obsługi wątków
- Dodatkowe podstawowe mechanizmy synchronizacji w standardzie C++20
- Obsługa zmiennych atomowych w języku C++
- Model dostępu do pamięci w języku C++
Programowanie bez blokad
- Przykład: kolejka bez blokad
Wskazówki dotyczące wydajności
- Zapobieganie rywalizacji
- Unikanie operacji blokujących
- Liczba wątków i rdzeni procesora
- Priorytety wątków
- Koligacja wątków
- Niezamierzone współdzielenie
Podsumowanie

Rozdział 12. Korutyny i leniwe generatory

Kilka przykładów uzasadniających stosowanie korutyn
Abstrakcja reprezentująca korutyny
- Podprocedury i korutyny
- Wykonywanie podprocedur i korutyn w procesorze
- Korutyny bezstosowe i korutyny stosowe
- Czego Czytelnik nauczył się do tego miejsca?
Korutyny w języku C++
- Co zostało uwzględnione w standardzie języka C++ (i co zostało pominięte)?
- Co sprawia, że funkcja w języku C++ jest korutyną?
- Minimalny, lecz kompletny przykład
- Alokowanie stanu korutyny
- Zapobieganie wiszącym referencjom
- Obsługa błędów
- Punkty konfiguracyjne
Generatory
- Implementowanie generatora
- Stosowanie klasy Generator
- Praktyczny przykład zastosowania generatorów
Wydajność
Podsumowanie

Rozdział 13. Programowanie asynchroniczne z użyciem korutyn

Jeszcze o typach awaitable
- Automatyczne punkty wstrzymywania
Implementowanie prostego typu reprezentującego zadanie
- Obsługa zwracanych wartości i wyjątków
- Wznawianie oczekującej korutyny
- Dodawanie obsługi zadań zwracających void
- Synchroniczne oczekiwanie na ukończenie zadania
- Testowanie asynchronicznych zadań z użyciem funkcji sync_wait()
Tworzenie nakładki na API opartym na wywołaniach zwrotnych
Współbieżny serwer zbudowany za pomocą biblioteki Boost.Asio
- Implementowanie serwera
- Uruchamianie serwera i nawiązywanie z nim połączenia
- Co osiągnęliśmy za pomocą serwera (i czego wciąż brakuje)?
Podsumowanie

Rozdział 14. Algorytmy równoległe

Znaczenie równoległości
Algorytmy równoległe
- Ocena algorytmów równoległych
- Jeszcze o prawie Amdahla
- Implementowanie równoległego algorytmu std::transform()
- Implementowanie równoległej wersji algorytmu std::count_if()
- Implementowanie równoległej wersji algorytmu std::copy_if()
Algorytmy równoległe z biblioteki standardowej
- Strategie wykonywania
- Obsługa wyjątków
- Dodatki i zmiany w algorytmach równoległych
- Zrównoleglanie pętli for opartej na indeksie
Wykonywanie algorytmów w procesorze graficznym
Podsumowanie