Agenda Seminar „Modern C++”

Verschiebe-Semantik (Move-Semantik)

Move-Semantik einsetzen um teures Kopieren durch billiges Verschieben zu ersetzen
Move-Semantik einsetzen um Daten zu verschieben, die nicht kopiert werden können
RValues und LValues
Verschiebe-Semantik (Move–Semantics) erklärt
„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

Historische Betrachtung (Funktionen, aufrufbare Objekte, Lambdas)
Capture-Klausel
Closure von Lambdas
Lambdas und std::function<T>
Zusammenhang Lambda-Objekt und aufrufbare Objekte
IIFE – Immediately Invoked Functional Expression

Generische Lambda Ausdrücke

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)

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::generate
std::accumulate
std::transform
std::back_inserter (Iterator-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
Funktionen höherer Ordnung
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

Type Erasure – statischer versus dynamischer Polymorphismus

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”

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
C++ Standard-Attribute
Klasse std::source_location
Funktion std::to_underlying

C++–23: Ausblick

Concepts
Ranges
Coroutines
Modules
std::format
Spaceship Operator <=>