o przedmiocie

Kurs C++23 i STL

C++23 to najnowsza wersja języka C++. Język C++ prawdza się, gdy chcemy zapewnić wysoką wydajność programu. Doskonale nadaje się do zastosowań systemowych, inżynierskich i algorytmicznych. Język ten jest stale rozwijany a kolejne jego specyfikacje, czyli C++11, C++14, C++17, C++20 i C++23, przyniosły wiele zmian i udogodnień. W porównaniu z językiem C++98 (standard z roku 1998) przeszedł on tak dużą transformację, że można śmiało powiedzieć, że jest to nowy język programowania. Aby w pełni wykorzystać potencjał współczesnego języka C++ należy go używać wraz z biblioteką standardową STL. C++ i STL to doskonałe narzędzie do zaimplementowania oprogramowania bardzo wysokiej jakości.

Wymagane przygotowanie

•   Umiejętność programowania strukturalnego i proceduralnego w języku C99.
•   Znajomość podstaw programowania obiektowego w języku C++98.
•   Umiejętność czytania dokumentacji technicznej w języku angielskim.
•   Znajomość podstaw algorytmiki.

Cel kursu

•   Nauka nowoczesnych technik programowania w języku C++17/20.
•   Poznanie obszernych fragmentów biblioteki standardowej STL.

literatura

Podrędznik podstawowy

•   N.M.Josuttis: C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty. Wydanie 2. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2014.

Literatura uzupełniająca

•   B.Stroustrup: Język C++. Kompendium wiedzy. Wydanie 4. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2014.
•   J.Galowicz: C++17 STL. Receptury. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2018.

Literatura dodatkowa

•   J.Grębosz: Opus magnum C++11. Programowanie w języku C++. Tom 1, 2, 3. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2018.
•   S.Rao: C++. Dla każdego. Wydanie 7. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2014.
•   S.Prata: Język C++. Szkoła programowania. Wydanie 6. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2012.

Literatura elektroniczna

•   cplusplus.com
•   cprogramming.com
•   cppreference.com
•   learncpp.com - tutorials to help you master C++ and object-oriented programming
•   gcc.gnu.org - C++11 Support in GCC
•   C++11 (pl.wikipedia.org)

Kompilatory online C++17/C++20

•   OnlineGDB
•   Wandbox
•   replit

laboratorium

Zasady zaliczenia przedmiotu

Ogólnie:

W semestrze będzie opublikowanych (na tej stronie) kilkanaście list z zadaniami do zaprogramowania. Na każdej liście znajdą się zadania za sumaryczną ilość 10 punktów (mogą zdarzyć się wyjątki od tej reguły). Zatem za samodzielnie zaprogramowane zadania z listy i oddane w terminie można będzie dostać do 10 punktów (chociaż listy z zadaniami mogą różnić się trudnością).

Terminy:

Zadania do zaprogramowania będą ogłaszane w tygodniu poprzedzającym termin ich realizacji. Zadania należy oddawać w wyznaczonym terminie w trakcie trwania pracowni. Spóźnienia nie będą tolerowane, za wyjątkiem uzasadnionych sytuacji życiowych: choroba potwierdzona zwolnieniem lekarskim, wezwanie do Sądu, itp.

Prezentacje:

Programy należy prezentować osobiście w czasie pracowni - z każdym studentem chciałbym indywidualnie omówić jego rozwiązanie oraz wskazać wady i braki w programie. Po pracowni program należy mi przekazać (będę jeszcze robić weryfikację antyplagiatową) na SKOS. W trakcie prezentacji programu trzeba się liczyć z pytamiami dotyczącymi zadania: metoda rozwiązania, zastosowane konstrukcje językowe, wykorzystane technologie czy klasy biblioteczne itp.

Rozwiązania:

Kody źródłowe własnych programów należy zapisywać na SKOS, ponieważ tylko wtedy rozwiązania zadań będą podlegały weryfikacji autorskiej i ocenie. Jeśli student nie mógł uczestniczyć w zajęciach z powodu awarii połączenia internetowego, to oprócz programu ma przekazać sprawozdanie z realizacji zadania (co zostało zaprogramowane i w którym miejścu w pliku źródłowym oraz czego nie udało się osiągnąć).

Oceny:

Aby zaliczyć laboratorium na ocenę dostateczną trzeba do końca semestru zdobyć 50% z wszystkich możliwych do uzyskania punktów; na ocenę bardzo dobrą trzeba będzie zgromadzić 90% punktów; oceny pośrednie pozostją w liniowej zależności od przedstawionych wymagań granicznych.

Zadania laboratoryjne

1. 11, 12 października 2023: nowe elementy języka C++

Zadanie 1 (1 pkt).

Sprawdź, czy w stosowanym przez Ciebie kompilatorze (co najmniej C++17) działają trójznaki (ang. trigraphs), takie jak na przykład ??- co tłumaczy się na znak tyldy ˜, itp. Co zrobić, aby kompilator właściwie zinterpretował występujące w programie trójznaki?

Zadanie 2 (1 pkt).

Wypisz na standardowym wyjściu std::out surowy łańcuch znaków (ang. raw string) zawierający:

1. adres naszego Instytutu (w pierwszej linii pełną nazwę Instytutu, w drugiej ulicę z numerem, w trzeciej kod pocztowy i miasto);
2. ścieżkę bezwzględną do katalogu z programami użytkowymi w systemie Windows;
3. różne sekwencje znaków cudzysłowia i nawiasów okrągłych (a w szczególności sekwencję )").

Zadanie 3 (1 pkt).

Stwórz alias dla typu będącego zbiorem std::unordered_set<> łańcuchów znakowych. Następnie zadeklaruj i zainicjalizuj taki zbiór używając jednolitej inicjalizacji. Na koniec przejdź po tym zbiorze pętlą for dla zakresów (ang. range-based for-each loop)) dedukując automatycznie typ elementów zbioru; wypisz w pętli wszystkie łańcuchy na standardowym wyjściu std::cout).

Zadanie 4 (1 pkt).

Zdefiniuj silnie stypizowany typ wyliczeniowy dla kilku wybranych imion męskich i żeńskich, którego elementy będa typu uint_16. Następnie zdefiniuj funkcję, która jako argumenty przyjmuje komunikat typu string i imię odbiorcy zdefiniowanego wcześniej typu wyliczeniowego (funkcja może wypisywać komunikat personalnie skierowany do wskazanej osoby używając instrukcji switch-case).

Zadanie 5 (2 pkt).

Zdefiniuj funkcję rekurencyjną, która będzie wyznaczała n-tą liczbę Lucasa. Funkcja ta ma przyjmować argument typu uint64_t i powinna automatycznie dedukować typ wyniku.

Zadanie 6 (1 pkt).

Napisz program, który dla podanych współczynników równania kwadratowego wyliczy wyróżnik tego równania (często oznaczany symbolem Δ) i w zależności od jego wartości wypisze miejsca zerowe. Użyj do tego celu instrukcji warunkowej if-else z lokalnym inicjalizatorem dla wyróżnika.

Zadanie 7 (1 pkt).

Napisz program, który dla podanej jako łańcuch znakowy daty w postaci cyfrowej wypisze ją w postaci naturalnej z nazwą miesiąca (na przykład datę 5.10.2023 należy wypisać w postaci 5 października 2023). Użyj do tego celu instrukcji wyboru switch-case z lokalnym inicjalizatorem przynajmniej dla miesiąca w dacie.

Zadanie 8 (2 pkt).

Napisz program, który posortuje ciąg rekordów opisujących osoby deque<osoba>. Sortowanie przeprowadź według nazwisk, imion i wieku (rok urodzenia). Wykorzystaj do tego zaprzyjaźniony z klasą osoba operator porównywania pary osób (porównywanie leksykograficzne tupli zawierających nazwisko, imię i rok urodzenia generowanych funkcją tie).

2. 18, 19 października 2023: inteligentne wskaźniki

Zadanie 1 (3 pkt).

Zdefiniuj prostą klasę zawierającą licznik typu uint64_t, początkowo ustawiony na wartość 1. W kasie tej, oprócz innych funkcjonalności, umieść wirtualny destruktor, który wypisze komunikat ze stanem licznika na standardowym wyjściu diagnostycznym cerr.

Następnie stwórz n-elementową tablicę takich liczników i opakuj ją wskaźnikiem unique_ptr (opakowanie ma dotyczyć tablicy a nie pojedynczch liczników).

Napisz też funkcję, która wywoła się rekurencyjnie m razy z argumentem będącym wskaźnikiem (nie chodzi o referencję na wskaźnik) na taką tablicę (wskaźnik unique_ptr ustaw za pomocą przniesienia). W i-tym wywołaniu funkcja ta ma zwiększyć 10% losowo wybranych elementów o wartość i.

W programie głównym wywołaj tą funkcję, a po jej wywołaniu wypisz wartości wszystkich n liczników umieszczonych w tablicy. Parametry n i m należy ustalić w programie arbitralnie (na przykład n = 40 i m = 20).

Zadanie 2 (3 pkt).

Zdefiniuj klasę opakowującą plik tekstowy line_writer. Obiekt takiej klasy ma przetrzymywać wskaźnik/referencję do strumienia plikowego ofstream stworzonego i otwartego w konstruktorze. Zadaniem obiektów tej klasy będzie pisanie do pliku wiersz po wierszu. Klasa ta powinna zamykać strumień w destruktorze.

W programie głównym stwórz kilka wskaźników shared_ptr odnoszących się do tego samego obiektu plikowego. Niech każdy fragment programu posiadający taki własny wskaźnik zapisze w tym pliku swoje dane. Plik powinien zostać zamknięty dopiero, gdy wszystkie sprytne wskaźniki zostaną zlikwidowane.

Zadanie 3 (4 pkt).

Zdefiniuj klasę llama reprezentującą pojedynczą lamę w stadzie lam (zarówno w konstruktorze jak i w destruktorze wypisuj spersonalizowane komunikaty dotyczące lamy). W obiekcie tym powinno być zapisane imię lamy typu string (imiona niech będą unikatowe w stadzie), jej płeć jako typ wyliczeniowy, wskaźnik na ojca i matkę typu shared_ptr<llama> (dopuszczamy przypadek nieznanego ojca lub matki oznaczonego za pomocą noname) oraz wskaźnik na kolekcję jej dzieci typu vector<weak_ptr<llama>>.

Stado lam niech będzie kolekcją obiektów typu llama - można opakować jakąś popularną kolekcję standardową, na przykład set<llama> (porównywanie lam względem imion). Przeprowadź symulację życia lam w stadzie: hodowca może dokupić lamę z innego stada (wtedy jej rodzice są nieznani), lama może się urodzić w stadzie (wtedy jej rodzice są członkami stada, a przynajmniej matka) i wreszcie lama może zostać sprzedana (należy ją wtedy usunąć z kolekcji). Zaobserwuj, co się stanie, gdy słaby wskaźnik weak_ptr stanie się wskaźnikiem wiszącym (po zwolnieniu zasobu przez wskaźnik macierzysty shared_ptr).

3. 25, 26 listopada 2023: czasomierze

Zadanie 1 (1 pkt).

Wypisz najmniejszą i największą wartość jaką można zapisać w typie long long int. Na ilu bitach jest ta liczba zapisywana i ile to będzie cyfr dziesiętnych?

Zadanie 2 (1 pkt).

Jaka jest najbliższa 0 liczba dodatnia dla typów float i double? Jakie są maksymalne wartości zapisywane w tych typach? Jaka jest różnica pomiędzy 1 a najmniejszą liczbą >1 w tych typach?

Zadanie 3 (2 pkt).

Zdefiniuj początkowe liczby harmoniczne posługując się statyczną arytmetyką liczb wymiernych z wykorzystaniem szablonu ratio<>. Jaką największą liczbę harmoniczną udało Ci się zdefiniować?

Zadanie 4 (3 pkt).

Zdefinuj szablon funkcji, która przeniesie wartość ze wskazanego obiektu do innego obiektu. Uwzględnij dwa aspekty: po pierwsze obiekt źródłowy może być zadany przez wartość/referencję albo przez wskaźnik (rozróżnij te dwa przypadki za pomocą cechy typowej is_pointer<>), a po drugie obiekt docelowy ma być wskazany przez referencję niekoniecznie tego samego typu (ustal możliwość konwersji za pomocą cechy typowej is_convertible<>).

Zadanie 5 (3 pkt).

Stwórz macierze o rozmiarach odpowiednio 10×10, 100×100 i 1000×1000 i wypełnij je losowymi wartościami z zakrsu od 0.5 do 2.0. Następnie podnieś do kwadratu każdą z tych macierzy mierząc czas wykonania tych operacji. Pomiar czasu wykonaj za pomocą funkcji now() zegara high_resolution_clock. Dla małych macierzy powtórz operację wielokrotnie a potem zmierzony czas podziel przez tą wielokrotność.

4. 8, 9 listopada 2023: funktory

Zadanie 1 (2 pkt).

Zaimplementuj funktor compose_f_gx_hx realizujący złożenie dwuargumentowe f(g(x), h(x)). Podaj przykład jego użycia.

Zadanie 2 (2 pkt).

Zaimplementuj funktor do składania funkcji poprzez wykonywanie ich po kolei. Funkcja po_kolei(f1, f2)(x) powinna wykonać najpierw f1(x) a potem f2(x). Wartości zwracane przez te funkcje mają być ignorowane. Funkcja po_kolei() powinna zwracać taki funktor, aby możliwe było dalsze składanie, na przykład po_kolei(po_kolei(f1, f2), f3)(x). Podaj przykład jego użycia.

Zadanie 3 (5 pkt).

Stwórz w swoim programie trzy zbiory danych różnego typu vector<double>, list<string> i set<int>. Wypełnij te kontenery przypadkowymi wartościami (możesz losować albo arbitralnie coś wpisać). Następnie na zbiorach tych wykonaj pewne obliczenia z użyciem zdefiniowanych przez ciebie funktorów:

1. Wypisz wszystkie wartości z zadanego zakresu (większe od a i mniejsze od b).
2. Wypisz co k-tą wartość zaczynając od pozycji p-tej.
3. Wyznacz średnią arytmetyczną (dotyczy kolekcji z liczbami).
4. Wyznacz element minimalny i maksymalny (zwróć parę wartości).
5. Wyznacz sumę (albo konkatenację dla łańcuchów znakowych) wszystkich elementów.

Do każdego zadania zdefiniuj obiekt funkcyjny (ze stanem wewnętrznym) i użyj go w pętli for-each. Programując to zadanie nie wolno korzystać z funkcji accumulate() ani innych podobnych.

Zadanie 4 (1 pkt).

Zdefiniuj rekurencyjną lambdę do wyliczenia współczynnika dwumianowego (n po k) tylko dla naturalnych wartości n i k. Następnie przetestuj tą lambdę na kilku niedużych wartościach umieszczonych w kolekcji par vector<pair<int,int>> (umieść tam na ostatniej pozycji parę z jakąś liczbą ujemną).

5. 22, 16 listopada 2023: kolekcje

Zadanie 1 (4 pkt).

Zaprogramuj algorytm stacji rozrządowej Dijkstry, który przekształca wyrażenie arytmetyczne z postaci infiksowej z nawiasami do postaci postfiksowej bez nawiasów (Odwrotna Notacja Polska). Wykorzystaj do tego celu kolekcje standardowe.

W pierwszym kroku należy przekształcić wyrażenie infiksowe zapisane w łańcuchu znakowym string na ciąg symboli i umieścić je w kolekcji forward_list<symbol>.

Sama klasa symbol ma być tuplą kilku elementów: pierwszy to wartość wyliczeniowa opisująca rodzaj symbolu (wyliczenie zdefiniuj za pomocą enum class), drugi to opcjonalna wartość liczbowa typu double związana z symbolem (dla zwykłych literałów liczbowych albo dla zdefiniowanych stałych jak π czy e) a trzeci to opcjonalna nazwa typu string (dla stałych, zmiennych oraz dla funkcji i działań arytmetycznych), potrzebny będzie także element typu int do przechowywania priorytetów działań i funkcji. Zmienne przechowuj w nieuporządkowanej kolekcji par unordered_set<pair<string, double>>.

Funkcja przekształcająca zapis infiksowy wyrażenia na postać postfiksową dostaje jako argument forward_list<symbol> (wyrażenie w zapisie infiksowym) i zwraca jako wynik także forward_list<symbol> (wyrażenie w zapisie postfiksowym). Zaprogramuj algorytm stacji rozrządowej Dijkstry do tego przekształcenia, wykorzystując stos symboli stack<symbol>.

Zadanie 2 (6 pkt).

Zdefiniuj strukturę danych do przetrzymywania ważonego grafu dynamicznego w postaci list sąsiadów. Wspomniana dynamika grafu oznacza, że można dodawać nowe a także usuwać istniejące wierzchołki z grafu. Wierzchołki w grafie niech posiadają swoje unikalne identyfikatory typu string (identyfikator nie może być pusty). Co się tyczy krawędzi, krawędzie można dodawać i usuwać, a także zmieniać ich wagę. Każda krawędź w grafie ma przypisaną wagę typu double (wagi mogą być ujemne). Wykorzystaj do tego celu kontenery z STL.

Dodatkowo zdefiniuj funkcję, która wyznaczy MST (minimalne drzewo rozpinające) w zadanym grafie. Wynikiem działania tej funkcji także ma być graf (będący drzewem). Zaprogramuj algorytm Prima do tego celu, wykorzystując kolejkę priorytetową wierzchołków osiągalnych ze zbudowanego do danego momentu MST.

6. 23, 29 listopada 2023: iteratory i algorytmy

Zadanie 1 (3 pkt).

Pojedyncza osoba jest opisana za pomocą imienia, nazwiska, wieku, wagi i wzrostu (zdefiniuj klasę reprezentującą osobę person). Dane o 12 osobach umieść w deku deque<person>. Wykonaj po kolei następujące czynności:

1. posortuj osoby według współczynnika BMI (funkcją porównującą niech będzie lambda); posortowaną grupę osób wypisz na standardowym wyjściu;
2. osoby odchudziły się na obozie sportowym i straciły 10% swojej pierwotnej wagi (funkcją modyfikującą niech będzie lambda); zmodyfikowaną grupę osób wypisz na standardowym wyjściu;
3. podziel osoby na dwie grupy: ciężkie z wagą powyżej 100[kg] i lekkie z wagą nie większą niż 100[kg] (użyj lambdy jako predykatu); wypisz grupę osób po podziale na standardowym wyjściu;
4. ustaw osobę o środkowym w tej populacji wzroście na pozycji 5 (pośrodku listy); wypisz grupę osób po takiej modyfikacji na standardowym wyjściu;
5. losowo poprzestawiaj między sobą pierwsze 5 osób a potem ostatnie 5 osób; wypisz grupę osób po takiej modyfikacji na standardowym wyjściu;
6. wypisz osobę najstarszą i najmłodszą na standardowym wyjściu (nie korzystaj z sortowania danych).

Zadanie 2 (2 pkt).

Pojedynczy punkt jest opisany za pomocą współrzędnych, koloru w postaci RGB i nazwy (zdefiniuj klasę reprezentującą punkt point). Dane o 23 kolorowych punktach na płaszczyźnie umieść w liście list<point>. Wykonaj po kolei następujące czynności:

1. usuń z listy wszystkie punkty, których nazwy są dłuższe niż 5 znaków; wypisz pozostałe na liście punkty;
2. policz ile jest punktów leżących w I, II, III i IV ćwiartce układu współrzędnych;
3. posortuj punkty ze względu na ich jasność (luminancja koloru RGB jest określona wzorem 0.3⋅R + 0.59⋅G + 0.11⋅B); wypisz punkty po posortowaniu;
4. policz ile jest ciemnych punktów, dla których luminancja ma wartość poniżej 64; przenieś te punkty do innej listy i wypisz je.

Zadanie 3 (2 pkt).

Napisz funkcję, która zwróci najczęściej pojawiający się element w zbiorze danych oraz liczbę jego wystąpień. Dane to liczby całkowite umieszczone w wektorze vector<int>, które lubią się powtarzać. Jeśli więcej niż jeden element pojawia się pojawia się taką samą maksymalną liczbę razy, to funkcja powinna zwrócić wszystkie je wszystkie - na przykład dla danych {1, 1, 3, 5, 8, 9, 5, 8, 8, 5} powinny zostać zwrócone dwie pary {5, 3} oraz {8, 3} (pierwsza pozycja w parze to wartość a druga to liczba wystąpień).

Zadanie 4 (2 pkt).

Napisz program, który oblicza i wyświetla histogram zawierający częstość występowania liter alfabetu angielskiego (bez rozróżniania małych i dużych liter) w zadanym tekście. Tekst pobierz z pliku tekstowego, którego nazwę przekażesz do programu poprzez argumenty wywołania. Częstość występowania danej litery jest zdefiniowana jako proporcja liczby wystąpień tej litery w stosunku do wszystkich liter w tekście (częstość musi być określona na podstawie liczby liter a nie rozmiaru tekstu). Wykorzystaj w swoim programie iterator strumieniowy.

Zadanie 5 (1 pkt).

Napisz funkcję, która wygeneruje wszystkie możliwe permutacje zadanego napisu typu string.

7. 6, 7 grudnia 2023: komponenty numeryczne

Zadanie 1 (1 pkt).

Zdefiniuj własny rozkład prawdopodobieństwa, który będzie losował liczby z zadanego przedziału: liczby całkowite ze zbioru {a, ..., b-1} albo liczby rzeczywiste z przedziału [a, b). Liczby ze środka przedziału powinny się pojawiać rzadko a liczby zbliżone do brzegów zadanego przedziału często.

Uwaga: można wykorzystać rozkład uniform_int_distribution<> oraz uniform_real_distribution<> ale należy samodzielnie przekształcić otrzymane wartości tak, aby spełniały warunki zadania.

Zadanie 2 (2 pkt).

Napisz program, który wygeneruje 1000 losowych liczb z rozkładem:

1. jednostajnym, używając uniform_real_distribution;
2. dwumianowym, używając binomial_distribution;
3. normalnym, używając normal_distribution.

Wygenerowane liczby zapisz w pliku .csv (dla każdego rozkładu w osobnym pliku). Zrób w arkuszu kalkulacyjnym wykresy dla danych wygenerowanych w taki sposób, aby sprawdzić poprawność zastosowanego rozkładu prawdopodobieństwa.

Z formatem pliku CSV można się zapoznać na przykład na Wikipedii:
      https://pl.wikipedia.org/wiki/CSV_(format_pliku)
      https://en.wikipedia.org/wiki/Comma-separated_values

Zadanie 3 (2 pkt).

Napisz program, który wygeneruje losowy tekst złożony tylko z małych liter alfabetu angielskiego i spacji (bez znaków interpunkcyjnych). Długość tekstu oraz nazwę pliku .txt do zapisania tekstu przekaż poprzez argumenty wywołania progamu. Litery w tym tekście mają się pojawiać z częstotliwością zgodną ze statystyką podaną w tabelce (rozkład taki musisz więc samodzielnie zaprogramować). Kolejne słowa w tekście mają być oddzielone pojedynczymi spacjami. Każde słowo ma mieć losową długość z zakresu od 1 do 12 liter a długości te mają być wybierane zgodnie z rozkładem dwumianowym.

Zadanie 4 (2 pkt).

Zdefiniuj funkcje pracujące na liczbach zespolonych, które będą wyliczać wartość:

1. funkcji gamma Eulera $\Gamma(z) = \frac{1}{z} \prod_{n=1}^{\infty} \frac{(1+\frac{1}{n})^z}{1+\frac{z}{n}}$
2. i odwrotności tej funkcji $\frac{1}{\Gamma(z)} = ze^{\gamma z} \prod_{n=1}^{\infty} \left(\left(1+\frac{z}{n}\right)e^{-\frac{z}{n}}\right)$.

Symbol $\gamma$ reprezentuje stałą Eulera-Mascheroniego wynoszącą około 0.5772156649. Funkcje te mają liczyć wartość funkcji w zadanym punkcie zespolonym z określoną dokładnością (liczba iteracji).

Zadanie 5 (3 pkt).

Zdefiniuj funkcję pracującą na liczbach zespolonych, która będzie wyliczać wartość funkcji dzeta Riemanna $\zeta(z) = \sum_{n = 1}^{\infty} \left(\frac{1}{n}\right)^z$. Szereg ten jest zbieżny dla takich $z$, których część rzeczywista jest $ Re\,(z) \gt 1$. Funkcja ta ma liczyć wartość funkcji w zadanym punkcie zespolonym z określoną dokładnością (liczba iteracji).

Policz i stablicuj wartości tej funkcji na prostej krytycznej z hipotezy Riemanna, gdzie część rzeczywista jest $Re\,(z) = 0.5$. Stablicuj dane z przedziału od -30 do 30 ze skokiem co najmniej 0.1. Musisz użyć wzoru zbieżnego dla liczb zespolonych, w których część rzeczywista jest z zakresu $0 \lt Re\,(z) \lt 1$, czyli: $\zeta(z) = \frac{1}{1 - 2^{1-z}} \sum_{i = 1}^{\infty} \frac{(-1)^{n+1}}{n^z}$

Wygenerowane liczby zapisz w pliku .csv (w osobnych kolumnach części rzeczywiste i urojone). Następnie zrób w arkuszu kalkulacyjnym podwójny wykres dla danych wygenerowanych w taki sposób (nałożone na siebie wykresy dla części rzeczywistych i urojonych).

Z formatem pliku CSV można się zapoznać na przykład na Wikipedii:
    https://pl.wikipedia.org/wiki/CSV_(format_pliku)
    https://en.wikipedia.org/wiki/Comma-separated_values

8. 13, 14 grudnia 2023: wyrażenia regularne

Zadanie 1 (1 pkt).

Zdefiniuj wyrażenie regularne do rozpoznawania prawidłowo zapisanej godziny. Zapis godziny to liczba godzin (0-23) i liczba minut (0-59) oddzielone dwukropkiem (obydwie liczby zapisane za pomoca dwóch cyfr); opcjonalnie w godzinie mogą sie pojawić sekundy (0-59).

Przykłady prawidłowo zapisanych godzin: 14:17, 09:15, 23:37:08.
Przykłady wadliwie zapisanych godzin: 14.16 (kropka zamiast dwukropka), 19:5 (minuty zapisane jedną cyfrą), 21:32:07,10 (zbyt duża dokładność).

Przetestuj wyrażenie na danych wprowadzonych ze standardowego wejścia.

Zadanie 2 (2 pkt).

Zdefiniuj wyrażenie regularne do rozpoznawania prawidłowo zapisanej daty. Zapis daty składa się z numeru dnia w miesiącu (1-31), numeru miesiąca(1-12) i roku; liczby te mają być od siebie oddzielone minusem (numer dnia i miesiąca zapisane za pomoca dwóch cyfr a rok za pomocą czterech). Zadbaj o sprawdzanie górnych ograniczeń na liczbę dni w poszczególnych miesiącach (nie musisz sprawdzać przestępności roku, chociaż byłoby to ciekawe wyzwanie - można założyć, że luty ma 28 dni).

Przykłady prawidłowo zapisanych dat: 15-09-1999, 05-12-2018, 28-02-2021.
Przykłady wadliwie zapisanych dat: 03/07/1917 (ukośnik zamiast myślnika), 6-3-1945 (dni i miesiące zapisane jedną cyfrą), 29-02-2022 (liczba dni w miesiącu lutym przekracza 28).

Przetestuj wyrażenie na danych wprowadzonych ze standardowego wejścia.

Zadanie 3 (2 pkt).

Zdefiniuj wyrażenie regularne do rozpoznawania prawidłowo zapisanej nazwy miejscowości w Polsce (nie używaj polskich naków diakrytycznych, tylko podobnych liter w alfabecie angielskim, na przykład zamiast litery ż użyj litery z). Zapis nazwy miejscowości to ciąg słów, gdzie każde słowo rozpoczyna się z dużej litery. Poszczególne słowa mogą być odseparowane dowolną liczbą białych znaków. W nazwach miejscowości zdarzają się też połączenia słów za pomocą myślnika (w okolicach łącznika nie występują białe znaki).

Przykłady prawidłowo zapisanych nazw miejscowości: Wroclaw, Bielsko-Biala, Tarnowskie Gory.
Przykłady wadliwie zapisanych nazw miejscowości: WARSZAWA (cała nazwa zapisana dużymi literami), Zle mieso (druga część nazwy z małej litery), Zimna-Wodka-07 (trzecia część nazwy zawiera cyfry).

Przetestuj wyrażenie na danych wprowadzonych ze standardowego wejścia.

Zadanie 4 (2 pkt).

Zdefiniuj wyrażenie regularne do rozpoznawania prawidłowo zapisanej liczby zespolonej. Zapis liczby zespolonej składa się z dwóch liczb rzeczywistych (z opcjonalna możliwością wystąpienia części ułamkowej po kropce dziesiętnej) połączonych znakiem plusa albo minusa (w pierwszej liczbie opcjonalny znak minusa), przy czym druga liczba jest zakończona małą albo dużą literą "i"; całość jest ujęta w nawiasy okrągłe.

Przykłady prawidłowo zapisanych liczb zespolonych: (12+3I), (7.4-0.5i), (2+0.01i).
Przykłady wadliwie zapisanych liczb zespolonych: 3+4I (brak nawiasów okrągłych), (3,14-2,72i) (przecinek zamiast kropki dziesiętnej), (5.7i) (brak części rzeczywistej).

Przetestuj wyrażenie na danych wprowadzonych ze standardowego wejścia.

Zadanie 5 (3 pkt).

Zadefiniuj wyrażenie regularne wykrywające hiperłącze w dokumencie HTML - chodzi o znacznik <a href="..."> ... </a>. Następnie użyj tego wyrażenia do wypisania na standardowym wyjściu wszystkich znalezionych w tekście hiperłączy (bez opakowania w postaci znacznia <a> - sama treść atrybutu href).

Uwaga: atrybut href nie musi być pierwszym atrybutem w znaczniku <a>, na przykład:
<a class="kl" href="https://ii.uni.wroc.pl/">.

Uwaga: znacznik <a> nie jest jedynym w HTML, który może posiadać atrybut href, na przykład:
<link rel="shortcut icon" href="logo.svg" />.

Przetestuj wyrażenie na tekście ze wskazanych za pomocą argumentów wywołania programu plików typu HTML (html, php, itp.).

9. 20, 21 grudnia 2023: iteratory strumieniowe i plikowe

Zadanie 1 (1 pkt).

Odczytaj ze standardowego wejścia ciąg liczb rzeczywistych pooddzielanych białymi znakami. Używając iteratora strumieniowego istream_iterator odczytaj te liczby, zapisz w wektorze a następnie policz średnią arytmetyczną i odchylenie standardowe dla tego zbioru danych i wypisz wyniki na standardowym wyjściu z dokładnością do 3 miejsc po kropce dziesiętnej.

Zadanie 2 (1 pkt).

Niech $\Phi(n)$ oznacza funkcję Eulera (tocjent), która dla każdej dodatniej liczby naturalnej zwraca liczbę liczb naturalnych nie większych od $n$ i względnie pierwszych z $n$. Dla zadanej wartości $k$ stablicuj kolejne wartości tocjenta $\Phi(1), \Phi(2), \ldots, \Phi(k)$ a następnie zapisz je do pliku phi.txt, używając iteratora strumieninowego ostream_iterator z separatorem w postaci średnika i spacji "; ". Wartość $k$ przekaż do programu poprzez argumenty wywołania.

Zadanie 3 (1 pkt).

Napisz program, który sprawdzi czy w lokalnym systemie plików istnieją podane pliki lub foldery. Jeśli tak, to wypisz ich najważniejsze parametry (ścieżka kanoniczna, data ostatniej modyfikacji, rozmiar dla pliku itp.). Nazwy plików i folderów przekaż do programu poprzez argumenty wywołania.

Zadanie 4 (2 pkt).

Napisz program, który wypisze zawartość wskazanego katalogu w lokalnym systemie plików. Jeśli podany przez użytkownika katalog nie istnieje, to wypisz stosowną informację na standardowe wyjście dla błędów. Najpierw wypisz nazwę kanoniczną wskazanego katalogu a potem jego zawartość, przy czym najpierw wypisz katalogi (w kolejności alfabetycznej) a potem pliki (również w kolejności alfabetycznej). Wypisując zawartość folderu posłuż się iteratorem directory_iterator. Nazwę katalogu pobierz ze standardowego wejścia.

Zadanie 5 (2 pkt).

Napisz program, który policzy i wypisze sumę rozmiarów wszystkich plików we wskazanym katalogi i jego podkatalogach. Jeśli podany przez użytkownika katalog nie istnieje, to wypisz stosowną informacjęna standardowe wyjście dla błędów. Analizując zawartość katalogu i podkatalogów posłuż się iteratorem recursive_directory_iterator. Nazwę katalogu pobierz ze standardowego wejścia.

Zadanie 6 (3 pkt).

Zaprojektuj i zaimplementuj mechanizm serializacji i deserializacji obiektów w C++. Serializacja i deserializacja ma pracować na strumieniach binarnych. Zaimplementuj zestaw funkcji do serializacji i deserializacji dla:

1. wszystkich typów podstawowych (bool, char, short, int, long long, float, double i long double);
2. łańcuchów znakowych typu string;
3. tablic wymienionych powyżej typów danych (deserializacja powinna utworzyć nową tablicę na stercie operatorem new, wypełnić ją danymi i zwrócić parę: wskaźnik do tablicy i jej rozmiar);
4. obiektów specjalnie oznaczonych klas serializowalnych (na przykład dziedziczących po abstarkcyjnej klasie serializable) - do przetestowania tej serializacji zdefiniuj klasę opisującą osobę (imię i nazwisko typu string, waga typu int, wzrost typu double i kolor oczu typu color, gdzie color będzie obiektem serializowalnym pamiętającym kolor w postaci RGB) i na niej przeprowadź eksperymenty;
5. tablic obiektów serializowalnych.

Czy Twoje rozwiązanie poradziłoby sobie z kolekcjami obiektów? Co należałoby dodać do Twojego rozwiązania, aby mechanizm ten poradził sobie z zapętlonymi strukturami, jak na przykład graf obiektów?

10. 3, 4 stycznia 2024: lokalizacja

Zadanie 1 (1 pkt).

Zdefiniuj napis typu wstring zawierający wszystkie polskie znaki diakrytyczne i wypisz go na standardowym wyjściu wcout. Napis powinien być sensownym zdaniem w języku polskim!

Zadanie 2 (3 pkt).

Wypisz w trzech różnych lokalizacjach następujące dane (kilka oznacza >2):

• kilka liczb całkowitych i zmiennopozycyjnych;
• kilka wartości pieniężnych;
• bieżącą datę i godzinę.

Zadanie 3 (3 pkt).

Przekonwertuj plik tekstowy używający kodowania UTF-8 na dwa inne pliki z kodowaniem:

• UTF-32,
• ISO-8859-2.

Zadanie 4 (3 pkt).

W wektorze vector<wstring> znajdują się nazwy różnych zwierząt i roślin (wstaw do kontenera kilkanaście różnych nazw). Posortuj je używając kolatora dla polskiej lokalizacji a potem wypisz na standardowe wyjście. Dobierz nazwy zwierząt i roślin oraz kolejność tak, aby uzasadnić prawidłowe działanie kolatora.

11. 17, 18 stycznia 2024: metaprogramowanie

Zadanie 1 (1 pkt).

Wykorzystując metaprogramowanie zdefiniuj szablon obiektu funkcyjnego, pozwalającego obliczyć na poziomie kompilacji n-tą liczbę Lucasa dla liczby naturalnej n ≥ 0. Funkcja powinna działać (w trakcie kompilacji) w liniowym czasie O(n).

Zadanie 2 (2 pkt).

Wykorzystując metaprogramowanie zdefiniuj szablon obiektu funkcyjnego, pozwalającego obliczyć na poziomie kompilacji współczynnik dwumianowy (ⁿ_k) dla liczb naturalnych 0 ≤ k ≤ n. Funkcja powinna działać (w trakcie kompilacji) w liniowym czasie O(n).

Zadanie 3 (1 pkt).

Wykorzystując metaprogramowanie zdefiniuj szablon obiektu funkcyjnego, pozwalającego obliczyć na poziomie kompilacji największy wspólny dzielnik NWD(a, b) dla liczb naturalnych a, b ≥ 1 dla naturalnych liczb 0 ≤ k ≤ n. Funkcja powinna działać (w trakcie kompilacji) w logarytmicznym czasie O(log a + log b).

Zadanie 4 (2 pkt).

Wykorzystując metaprogramowanie zdefiniuj szablon funkcji liczącej iloczyn skalarny dwóch wektorów:
template<size_t N> double inner(double *x, double *y);
Parametrem szablonu ma być dlugość mnożonych wektorów.
Zmodyfikuj poprzedni szablon funkcji liczącej iloczyn skalarny w taki sposób, aby drugim parametrem był typ danych:
template<size_t N, typename T = double> T inner(T *x, T *y);

Zadanie 5 (4 pkt).

Wykorzystując metaprogramowanie zdefiniuj szablon klasy będącej opakowaniem dla obiektu określonego w parametrze typu template<typename T> struct obj_holder. Opakowanie to ma konieczne zaalokować pamięć dla obiektu na stosie, jeśli jest on mały (jego rozmiar jest nie więszy niż sizeof(string)) i nie jest tablicą albo na stercie w przeciwnym przypadku.
W strukturze obj_holder zdefiniuj alias type dla docelowego typu ustalony w oparciu o selektor std::conditional<> - będzie to albo struktura on_stack (dla małych obiektów) albo on_heap (dla dużych obiektów tworzonych dynamicznie na stercie, pamiętaj aby w destruktorze tego opakowania zwolnić przydzieloną pamięć). W obu tych strukturach zaimplementuj semantykę wskaźników, czyli operator wyłuskania (gwiazdka *) udostępniający referencję do obiektu i operator dostępu do składowych (strzałka ->) udostępniający adres obiektu.
W kolejnym kroku zdefiniuj szablon klasy będącej opakowaniem dla tablicy obiektów określonego w parametrze typu template<typename T> struct arr_holder. Zaadoptuj poprzednie definicje na przypadek dotyczący tablic - struktura array_on_heap dla małych tablic tworzonych na stercie i albo array_in_file dla dużych tablic przechowywanych w plikach o dostępie swobodnym (pojęcie "mały" i "duży" w odniesieniu do tablic należy rozsądnie doprecyzować). W obu tych strukturach zaimplementuj semantykę indeksowania.

12. 24, 25 stycznia 2024: programowanie współbieżne

Zadanie 1 (2 pkt).

Napisz program, który utworzy kilka wątków nadając im arbitralnie pewne nazwy. Każdy wątek ma wypisywać swoją nazwę na standardowym wyjściu co losową ilość milisekund (od 500 do 1000). Działanie programu powinno się zakończyć po minucie – decyzję o zakończeniu niech podejmie główny wątek programu.

Zadanie 2 (2 pkt).

Napisz program, który będzie się wykonywać dokładnie 10 sekund. Na 5 sekund przed zakończeniem należy użytkownika poinformować, że program wkrótce się zakończy (za 5 sekund). Podobną informację należy podać 3 sekundy przed końcem i 1 sekundę przed końcem. Do odliczania sekund i wypisywania komunikatów stwórz osobny wątek pomocniczy; główny wątek programu ma czekać na zakończenie wątku pomocniczego.

Zadanie 3 (2 pkt).

Zaimplementuj algorytm sortowania przez scalanie merge-sort albo sortowania przez podział quick-sort (jedna metoda do wyboru) dla danych przechowywanych w tablicy. Działanie algorytmu ma bazować na wątkach zamiast na rekurencji – każde wywołanie rekurencyjne funkcji sortującej zastąp wątkiem pracującym na podtablicy (podziały danych kończą się na tablicach jednoelementowych albo pustych).

Zadanie 4 (4 pkt).

Problem producentów i konsumentów to klasyczny problem synchronizacji wątków na współdzielonych zasobach. W problemie występują dwa rodzaje wątków: producent i konsument. Wątki te korzystają ze wspólnego zasobu jakim jest bufor dla produkowanych i konsumowanych produktów. Zadaniem producenta jest wytworzenie produktu, umieszczenie go w buforze i rozpoczęcie pracy nad nowym. Jednocześnie konsument ma pobrać produkt z bufora, skonsumować go i sięgnąć po następny. Problemem jest taka synchronizacja wątków, żeby żaden producent nie mógł dodać nowego produktu do pełnego bufora, ani żaden konsument nie mógł pobrać produktu z pustego bufora.
Rozwiązaniem tego problemu dla producenta jest uśpienie wątku producenta w momencie, gdy bufor jest pełny; pierwszy konsument, który pobierze produkt z bufora budzi wątki producentów, aby któryś uzupełnił bufor. W analogiczny sposób usypiany jest wątek konsumenta próbujący pobrać produkt z pustego bufora; pierwszy producent, który wstawi produkt do bufora budzi wątki konsumentów, aby któryś opróżnił bufor.
Napisz program, który zilustruje problem producentów i konsumentów z wykorzystaniem wątków i blokad.

SKOS i ranking

• SKOS - (system komunikacji na odległość ze studentami) w IInf UWr
• Ranking częściowy do zajęć laboratoryjnych: grupa środowa i grupa czwartkowa

wykłady

5 października 2023 r: nowe elementy języka w C++

12 października 2023 r: sprytne wskaźniki

19 października 2023 r: czasomierze

26 października 2023 r: funktory

9 listopada 2023 r: kolekcje standardowe

16 listopada 2023 r: iteratory i algorytmy

23 listopada 2023 r: komponenty numeryczne

7 grudnia 2023 r: wyrażenia regularne

14 grudnia 2023 r: lokalny system plików

21 grudnia 2023 r: lokalizacja

4 stycznia 2024 r: metaprogramowanie

22 stycznia 2024 r: współbieżność wysokopoziomowa

25 stycznia 2024 r: współbieżność niskopoziomowa