Funkcionális programozás C++-ban

1. hét

Bevezetés; a megközelítés motivációja.

A move szemantika és a tökéletes továbbítás. Az lvalue és rvalue referenciák. A move szemantika bemutatása, a std::move és a std::move_if_noexcept alkalmazása. Sablonok. A tökéletes továbbítás és a std::forward. Copy elision, RVO.

Laborfeladat: A move szemantika és a tökéletes továbbítás gyakorlása. Osztály sablonparaméterének a dedukciójának vizsgálata.

2. hét

Variadikus sablonok. Variadikus sablonparaméterek feldolgozása fordítási idejű rekurzióval. Fold kifejezések (fold expression). Fordítási idejű döntés: constexpr if, template specializáció, tag dispatching, SFINAE.

Laborfeladat: Típusbiztos printf. Fordítási idejű rekurzió.

3. hét

Lambda-kalkulus I. Megismerkedés az első funkcionális programnyelvnek is tekinthető lambda kalkulussal. A magasabb rendű függvények fogalma és a körrizés. λ-kifejezések gráfja. λ-kifejezések átalakítási szabályai: a β- és az α-konverzió. 

Laborfeladat: Konverziók gyakorlása.

4. hét

Lambda-kalkulus II. A λ-kifejezések legegyszerűbb alakra hozása. Normálforma. Redukálási stratégiák és a lusta paraméterkiértékelés. Elsőrendű típusos λ-kalkulus.

Laborfeladat: Redukálási stratégiák összehasonlítása.

5. hét

Funkcionális programozás C++-ban. Függvényobjektumok és lambda kifejezések írása és összehasonlítása. STL algoritmusok (a és fejállományok). Az általános célú függvényburkoló (function wrapper), a std::function, bemutatása. 

Laborfeladat: Algoritmikus problémák megoldása az STL segítségével funkcionális szempontból.

6. hét

Kategóriaelméleti bevezető (morfizmus, objektumok, funktorok, kompozíció, algebrai adattípusok). Tiszta függvények (pure functions). Változó állapotok elkerülése. Funktorok és  Monádok. A std::optional vizsgálata funkcionális szempontból.

Laborfeladat: Monádok (pl. maybe monád) implementálása C++-ban.

7. hét

Algebrai adattípusok, ezek megvalósítása és használata C++-ban. A std::variant és a std::tuple. 

Laborfeladat: A std::apply és a std::visit használata. Type matching inline visitor írása.

8. hét

Magasabb rendű függvények használata C++-ban. Tail recursion. Folding és lifting. A std::invoke.

Laborfeladat: Magasabb rendű függvények implementálása.

9. hét

Lusta kiértékelés implementálása C++-ban. Memoization.

Laborfeladat: Cache készítése függvény kiszámolt értékeinek tárolására.

10. hét

A range-ek használata C++-ban, kapcsolatuk a lusta kiértékeléssel. Range adapterek és a | operátor.

Laborfeladat: Range-ek, view-k. Algoritmusok írása range-ek felhasználásával.

11.hét

Funkcionális és imperatív adatstruktúrák összehasonlítása és vizsgálata (algoritmusok és ezek aszimptotikus komplexitása). Perzisztens lista. Copy on Write.

Laborfeladat: Perzisztens lista implementálása C++-ban.

12.hét

Párhuzamosság és funkcionális programozás: párhuzamos végrehajtás modelljei, párhuzamosság által elérhető gyorsulás elvi határa, Amdahl törvénye, szál alapú vs. opcionális párhuzamosság, taszk alapú (run-to-completion) párhuzamosság, Reaktív programozás es reaktív stream-ek, Actor modell.

Laborfeladat: Korábbi laborgyakorlatokon elkészült funkcionális komponensek párhuzamosítása, távközlési alkalmazás implementálása Actor modell szerint.

13. hét

C++ szoftver tesztelése, tesztelési keretrendszerek ismertetese. Fuzz-testing. Szoftverteljesítmény mérése, teljesítményvezérelt optimalizáció.

Laborfeladat: Catch unit-test rendszer használata, tesztek írása korábbi alkalmakon elkészült kódokhoz. Teljesítmény mérése a “perf” vagy “vsperf” használatával, teljesítménymérés eredményének a feldolgozása, értelmezése. Coverage alapú elemzés és Fuzz-testing a libAFL használatával.

14. hét

Programozási paradigmák összehasonlítása. Funkcionális és imperatív gondolkodás. Funkcionális programozás és OOP, valamint ezek kombinált alkalmazása.