Wydzial Elektroniki Kierunek: AiR

1
Wydzial ElektronikiKierunek AiR

• Zaawansowane metody programowania
• Wyklad 1

2
Zaawansowane metody programowaniaDane podstawowe
Wyklad 1 Laboratorium 2
Wyklad ocena (kolokwium na ostatnim
wykladzie) Laboratorium ocena
Dr inz. Jerzy Kotowski Instytut Informatyki
Automatyki i Robotyki Zaklad Sterowania i
Optymalizacji pok. 219 C-3 http//jerzy.kotowski.s
taff.iiar.pwr.wroc.pl
3
Zaawansowane metody programowaniaOpis przedmiotu

• Cele zajec
• Opanowanie zaawansowanych technik programowania
  umozliwiajacych samodzielna implementacje
  rozwiazan, praktyczne poslugiwanie sie
  narzedziami informatycznymi i biegloscia w
  programowaniu
• Krótki opis zawartosci calego kursu
• Omawiane sa techniki programowania
  umozliwiajacych programowanie w srodowisku
  rozproszonym i równoleglym/sieciowym. Ponadto
  prezentowane sa metody przyspieszania programów
  uwzgledniajace architektury wybranych systemów
  komputerowych. Poszczególne techniki ilustrowane
  sa za pomoca programów w jezykach C, Java i C.
• Zespól dydaktyczny
• Prof. dr hab. inz. Czeslaw Smutnicki
• dr inz. Jerzy Kotowski
• dr inz. Grzegorz Mzyk
• dr inz. Przemyslaw Sliwinski

4
Zaawansowane metody programowaniaZawartosc
tematyczna wykladu

1. Wprowadzenie do wybranych jezyków wysokiego
   poziomu (Java, C, C Wybrane jezyki srodowiska
   programowania)
2. Szablony, generyki a programowanie obiektowe
3. Kontenery, iteratory, algorytmy
4. Strumienie, przetwarzanie lancuchów, wyrazenia
   regularne, wyszukiwanie wzorców
5. Obsluga wyjatków. Procesy i watki. Komunikacja i
   synchronizacja zadan (Wspólbieznosc, procesy
   watki)
6. Wzorce projektowe. Uruchamianie programów
   (Testowanie oprogramowania)
7. Omówienie bibliotek interfejsu graficznego
   uzytkownika, multimedialnych i sieciowych.
8. Zaliczenie

5
Zaawansowane metody programowaniaLiteratura

• Literatura podstawowa
• B. Stroustrup, Jezyk C, Wydawnictwo Naukowo
  Techniczne, Warszawa, 2002.
• B. Eckel, Thinking In Java, Wydawnictwo Helion,
  2006
• S.B. Lippman, J. Lajoie, Podstawy jezyka C,
  Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa, 2003.
• S. Meyers, Jezyk C bardziej efektywny. 35
  praktycznych sposobów ulepszenia programów,
  Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1998
• H. Sutter, Wyjatkowy jezyk C 47 lamiglówek,
  zadan programistycznych i rozwiazan, Wydawnictwa
  Naukowo-Techniczne, 2002
• D. Vandevoorde, N. M. Josuttis, C szablony.
  Vademecum profesjonalisty, Helion, 2003
• Literatura uzupelniajaca
• B. Stroustrup, Projektowanie i rozwój jezyka C,
  Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa, 1996.
• D. Vandevoorde, Jezyk C . Cwiczenia i
  rozwiazania, Wydawnictwo Naukowo Techniczne,
  Warszawa, 2001.
• D. E. Knuth, Sztuka programowania, T. I-III,
  Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa, 2001.
• S. Lippman, Model obiektu w C, Wydawnictwa
  Naukowo-Techniczne, 1999.
• Przyszle wydania standardów ANSI C
  (http//www.boost.org).
• Oficjalna strona jezyka Java (http//java.sun.com)
  
• Oficjalna strona jezyka C (http//msdn.microsoft.
  com/vcsharp/)

6
Troche historiiENIAC

• Electronic Numerical Integrator And Computer
• Elektroniczny i Numeryczny Integrator i
  Komputer
• konstrukcja 1943-1945 do 1955
• kilka liczb
• masa ponad 27 ton,
• okolo 18 000 lamp elektronowych
• powierzchnia ok. 140 m2
• zapotrzebowanie na moc 180 kW
• Szybkosc obliczen 5 tysiecy dodawan liczb
  dziesietnych dziesieciocyfrowych na sekunde
• pluskwa bug, debugger, debugging

7
Troche historiiSuperkomputer

• FLOPS FLoating point Operations Per Second
• Wydajnosc komputera
• megaflops 106
• gigaflops 109
• teraflops 1012
• petaflops 1015
• eksaflops 1018
• zettaflops 1021
• jottaflops 1024

Rok Komputer Wydajnosc
1946 ENIAC 5000 350 40/ na sek.
1976 Cray-1A 133 MFLOPS
1983 Cray X-MP 235 MFLOPS
1997 ASCI Red / 9152 1.3 TFLOPS
2002 Earth-Simulator 35.9 TFLOPS
2004 IBM Blue Gene 70.7 TFLOPS
2005 IBM Blue Gene 140 TFLOPS
2008 IBM Roadrunner 1 PFLOPS
8
Troche historiiRoadrunner

• Posiadacz Department of Energy USA
• Gdzie Los Alamos National Laboratory
• 12960 mikroprocesorów Cell oraz 6948
  dwurdzeniowych mikroprocesorów AMD.
• System operacyjny Red Hat Linux.
• Koszt 100 mln
• Waga 250 t
• Szybkosc docelowa 1.5 PFLOPS

9
Troche historiiGeneracje jezyków programowania

• W ciagu 50 lat powstaly cztery generacje jezyków
  programowania.
• W jezykach pierwszej generacji (FORTRAN 1, COBOL)
  charakterystyczny jest wspólny obszar danych
  globalnych, do którego odwoluja sie podprogramy.
• Podstawami rozwoju drugiej generacji jezyków byla
  taka modyfikacja podprogramów, by mogly one
  przekazywac miedzy soba parametry, byc
  zagniezdzane i miec zróznicowany zakres
  widocznosci deklaracji stalych i zmiennych.
  Wymienione wlasnosci spowodowaly powstanie
  strukturalnych metod projektowania
  oprogramowania.
• Charakterystyczna cecha jezyków trzeciej
  generacji byla modulowosc. Wyodrebnienie modulów
  w procesie dekompozycji funkcjonalnej pozwalalo
  na rozdzielenie pracy pomiedzy samodzielnych
  programistów (jezyk ANSI C).

10
Troche historiiJezyki czwartej generacji

• Jezyki czwartej generacji, zwane jezykami
  obiektowymi (np. C), zmieniaja podejscie do
  zagadnienia struktur danych.
• Jezyki obiektowe rozszerzaja pojecie struktury
  danych o nowy element zwany obiektem (typem
  obiektowym).
• Typ obiektowy zawiera dane i sposoby poslugiwania
  sie tymi danymi (metody obiektu, funkcje
  skladowe).
• Programowanie obiektowe jest metoda tworzenia
  oprogramowania, w której programy sa organizowane
  jako kolekcje obiektów.
• C, Java, C sa jezykami programowania
  obiektowego.

11
Troche historiiC

• Jezyk C jest ewolucyjnym rozszerzeniem jezyka C
• Jezyk C zaprojektowano w celu zachowania
  wysokiej efektywnosci i przenoszalnosci jezyka C,
  pelnej zgodnosci z jezykiem C, likwidacji wad
  jezyka C, w szczególnosci slabej kontroli typów
  danych, wyposazenia jezyka w nowoczesne
  mechanizmy ukrywania danych.
• C powstal w Bell Labs w polowie 1980 - Bjarne
  Stroustrup
• C dodaje do C koncepcje klasy - mechanizm,
  który pozwala wprowadzac nowe typy danych
  definiowane przez uzytkownika abstract data types
  - ADT. W konsekwencji pozwala to na object
  oriented programming OOP.
• C is a machine level, while C is a problem
  level
• C is an improved C

12
Troche historiiJava

• Powstanie 1991 rok (18 miesiecy)
• Twórcy James Gosling, Patrick Naughton, Chris
  Warth, Ed Frank, Mike Sheridan (Sun
  Microsystems).
• Potrzeba zdefiniowania jezyka niezaleznego od
  platformy, do tworzenia oprogramowania
  wbudowanego w sprzet elektroniczny powszechnego
  uzytku (kuchenki mikrofalowe, pilot zdalnego
  sterowania).
• W miedzy czasie, pojawil sie znacznie
  wazniejszy czynnik siec WWW.
• Przeniesienie uwagi projektantów Javy z
  elektroniki powszechnego uzytku na programowanie
  dla Internetu.
• Wpierw Oak. Zmiana w 1995 na Java.

13
Troche historiiC

• Projekt C rozpoczal sie w 1998 roku.
• Celem projektu bylo opracowanie prostego,
  nowoczesnego i obiektowego jezyka programowania
  przeznaczonego dla nowej platformy .NET (nazwa
  .NET pojawila sie pózniej).
• C zostal zaprojektowany przez zespól pod
  kierunkiem Andersa Hejlsberga dla firmy
  Microsoft.
• Program napisany w jezyku C jest kompilowany do
  jezyka Common Intermediate Language (CIL), tzn.
  kodu posredniego wykonywanego w srodowisku
  uruchomieniowym takim jak .NET Framework.
• Wykonanie skompilowanego programu przez system
  operacyjny bez takiego srodowiska nie jest
  mozliwe.

14
Zaawansowane metody programowania Microsoft
Visual Studio 2008
15
Microsoft Visual C 2008 Pierwszy program

• Create Project (File New Project) -gtOther
  languages -gt Visual C -gt Console Application -gt
  Name ZaMePro1 -gt OK.
• Zwyczajowo pliki C maja rozszerzenie .cs
• Inaczej niz w C w C (tak samo w Javie) nie
  jest mozliwe tworzenie funkcji globalnych ani
  globalnych wskazników do danych.
• Kazda aplikacja w C musi posiadac klase
  definiujaca metode Main(), która zostanie
  wykorzystana do punktu poczatkowego aplikacji.
• Styl komentarzy w C zostal zapozyczony z C.
• static - metoda statyczna w klasie ma zasieg
  klasy i moze zostac wywolana bez tworzenia
  instancji obiektu.

16
Microsoft Visual C 2008 Pierwszy program code

• using System
• using System.Collections.Generic
• using System.Linq
• using System.Text
• namespace ZaMePro1
• class Program
• static void Main(string args)
• Console.WriteLine("Ala ma kota")
• Console.ReadKey()

1.1
17
Microsoft Visual C 2008 Skladowe Console Class

• Console Class - Represents the standard input,
  output, and error streams for console
  applications. This class cannot be inherited.
• WriteLine(String) - Writes the specified string
  value, followed by the current line terminator,
  to the standard output stream.
• ReadKey() - Obtains the next character or
  function key pressed by the user. The pressed key
  is displayed in the console window.
• Beep()- Plays the sound of a beep through the
  console speaker
• Clear() - Clears the console buffer and
  corresponding console window of display
  information.

18
Microsoft Visual C 2008 Drugi program code

• using System
• using System.Collections.Generic
• using System.Linq
• using System.Text
• namespace ZaMePro1
• class Program
• static void Main(string args)
• Console.WriteLine("Ala ma kota")
• Console.ReadKey()
• Console.Beep()
• Console.BackgroundColor
  ConsoleColor.DarkBlue
• Console.ForegroundColor
  ConsoleColor.Yellow
• Console.Clear()
• Console.WriteLine("Ela ma kota")
• Console.ReadKey()

1.2
19
Microsoft Visual C 2008 Argumenty funkcji main

• using System
• using System.Collections.Generic
• using System.Linq
• using System.Text
• namespace ZaMePro1
• class Program
• static void Main(string args)
• Console.WriteLine("Ala ma kota")
• Console.WriteLine()
• // argumenty funkcji Main
• for (int x 0 x lt args.Length x)
• Console.WriteLine("Argument 0
  1 ", x, argsx)
• Console.WriteLine("\nKoniec")
• Console.ReadKey()

1.3
20
Microsoft Visual C 2008 Konstruktory

• class Program
• public Program() // konstruktor bez
  argumentów
• Console.WriteLine("Ala ma kota")
• public Program(string text) // Konstruktor z
  argumentem
• Console.WriteLine(text)
• public Program(int x) // Konstruktor z
  argumentem
• X x
• Console.WriteLine("Cena programu 0 ",
  X)
• int X // Klasa Program ma
  skladowe typu dane
• static void Main(string args)
• // p1, p2, p3, p4 - tworzone wewnatrz
  klasy

• Klasa Program ma trzy konstruktory
• Nie ma destruktora
• Garbage collection
• Klasa ma skladowe typu dane
• Metoda klasy tworzy instancje obiektów swojego
  typu

1.4
21
Microsoft Visual C 2008 Wszystko jest obiektem
- Everything is an Object

• Podstawowa róznica pomiedzy C i C
• w C wszystko jest obiektem (nawet liczba)
• istnieje garbage collector (tzn. ze nie musimy, a
  nawet nie mozemy usuwac samemu niepotrzebnych
  obiektów)
• C zostal stworzony dla Microsoftu (?).
• The object type is an alias for Object in the
  .NET Framework. In the unified type system of C,
  all types, predefined and user-defined, reference
  types and value types, inherit directly or
  indirectly from Object.
• You can assign values of any type to variables of
  type object.
• When a variable of a value type is converted to
  object, it is said to be boxed. (pakowanie,
  paczka)
• When a variable of type object is converted to a
  value type, it is said to be unboxed.
  (rozpakowywanie)

22
Microsoft Visual C 2008 Everything is an Object

• using System
• using System.Collections.Generic
• using System.Linq
• using System.Text
• namespace ZaMePro1
• class Program
• static void Main(string args)
• object A1 3 //
  pakowanie
• object A2 "Ala ma kota" //
  pakowanie
• int A3 (int)A1 //
  rozpakowywanie
• string A4 (string)A2 //
  rozpakowywanie
• Console.WriteLine("A1 0 \t\t typ
  1", A1, A1.GetType())
• Console.WriteLine("A2 0 typ
  1", A2, A2.GetType())
• Console.WriteLine("A3 0 \t\t typ
  1", A3, A3.GetType())
• Console.WriteLine("A4 0 typ
  1", A4, A4.GetType())

1.5
23
Struktura programu w jezyku C Klasa stos
plik Program.cs

• Podstawowe pojecia organizacyjne
• Programy
• Przestrzenie nazw
• Typy
• Skladowe
• Podzespoly (assemblies).
• Programy C skladaja sie z jednego lub kilku
  plików zródlowych
• W jezyku C nie ma potrzeby uzywania dyrektywy
  include i plików naglówkowych.

namespace ZaMePro_2 class Program
static void Main()
Stack snew Stack() s.push(1)
s.push("Ala ma kota")
s.push(3.14) Console.WriteLine(s.Pop(
)) Console.WriteLine(s.Pop())
Console.WriteLine(s.Pop())
Console.ReadKey()
1.6
24
Struktura programu w jezyku C Klasa stos
plik Stack.cs

• namespace ZaMePro_2
• class Stack
• Element top // obiekt na szczycie
  stosu
• public void push(object dane) //
  skladanie na stosie
• top new Element(top, dane)
• public object Pop() // pobieranie ze
  stosu
• if (top null) throw new
  InvalidOperationException()
• object result top.dane
• top top.next
• return result

class Element // klasa zagniezdzona
public Element next // nastepny
element public object dane // element
na stosie public Element(Element next,
object dane) // konstruktor
this.next next this.dane
dane
1.6