Программа по дисциплине: информатика и применение компьютеров в научных исследованиях (Прикладное программное обеспечение). Продвинутый курс

ПРОГРАММА

• 
  стремление к саморазвитию, повышению квалификации, готовность устранять пробелы в знаниях и осуществлять самостоятельное обучение в контексте непрерывного образования, способность осваивать новую проблематику, язык, методологию и научные знания в избранной предметной области (ОК-6);
  
• 
  владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации и навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-11);
  

• 
  способность самостоятельно работать на компьютере, на уровне высококвалифицированного пользователя, применять информационно-коммуникационные технологии для обработки, хранения, представления и передачи информации с использованием универсальных пакетов прикладных программ, знание общих подходов и методов по совершенствованию информационно-коммуникационных технологий (ПК-6);
  
• 
  способность планировать и проводить простые эксперименты и исследования, выполнять проекты и задания (ПК-9);
  

• 
  способность эксплуатировать современную аппаратуру и оборудование для выполнения прикладных математических и физических исследований, направленных на решение физико-технических, естественнонаучных, экономических и иных задач (ПК-14);
  

• 
  способность применять на практике базовые профессиональные знания теории и методов математических и физических исследований, направленных на решение инженерных, технических, экономических, экологических, информационных и технологических инновационных задач (ПК-16);
  
• 
  способность понимать, излагать и критически анализировать получаемую информацию и представлять результаты прикладных математических, физических исследований, направленных на решение инженерных, технических, социально-экономических, информационных технологических инновационных задач (ПК-17);
  

• 
  умение участвовать в разработке и реализации проектов исследовательской и инновационной направленности в команде исполнителей (ПК-19).
  

• 
  идеологию объектно-ориентированного подхода, принципы программирования структур данных для современных программ, типовые решения, применяемые для создания программ;
  

• 
  применять объектно-ориентированный подход для написания программ;
  
• 
  создавать безопасные программы, использовать современные средства для написания и отладки программ;
  

• 
  объектно-ориентированным языком программирования (С++, Java, C#) и средствами использования стандартных библиотек;
  

1. 
   Сравнение синтаксиса языка Cи и С++. Перегрузка имен (полиморфизм) функций. Константы времени компиляции и статическая типизация в объектно-ориентированных языках программирования (по Барбаре Лисков). Структуры в С++. Синтаксис классов изолированных (невзаимодействующих) объектов в языке С++. Классы, представляющие нормативное знание. Конструкторы и деструкторы. Интерфейс и его реализация.
   
2. 
   Трансформирование базовых типов языка С++ в классы – основной источник формирования классов в языке С++. Классы-оболочки (Wrappers) с минимальным интерфейсом для базовых типов данных (примитивов). Полиморфизм конструкторов. Методы доступа. Ключевое слово this. Постоянные и модифицируемые члены класса. Массивы объектов. Классы-оболочки с полным интерфейсом инкапсулированного базового типа. Перегрузка операторов в С++. Инкапсуляция массивов базовых типов: абстрактные типы данных. Методы доступа. Перегрузка оператора индекса.
   
3. 
   Дружественные функции: функции, дружественные классам, – функции за пределами классов (нарушение концепции объектно-ориентированного программирования). Инкапсуляция дружественных функций в класс Visitor. Объектно-ориентированное программирование без использования дружественных функций: классы данных и классы функций. Потоки ввода-вывода данных в С++. Форматируемый ввод/вывод и манипуляторы ввода/вывода. Перегрузка пользовательских операторов ввода/вывода как дружественных функций. Файловый ввод/вывод. Неформатируемый двоичный ввод/вывод (байтовые потоки). Инкапсуляция объектов и вертикальное делегирование функций.
   
4. 
   Адресное пространство приложения. Динамические члены класса. Динамическая память (куча) и статическая память (стек). Операции с динамической памятью (кучей). Конструкторы и деструкторы объектов в динамической памяти. Проблема утечки памяти в С++. Статические переменные – члены класса. Инициализация статических членов класса.
   
5. 
   Копирование объектов. Присваивание объектов. Передача и возвращение функциями объектов по значению. Конструкторы копий. Клонирование объектов в С++. Передача и возвращение ссылок на объекты.
   
6. 
   Инкапсуляция массивов объектов. Классы-оболочки контейнеров с расширенным интерфейсом. Специальные методы создания объектов. Создание объектов посредством статических методов. Класс Singleton. Косвенное создание объектов и горизонтальное делегирование функций. Класс-заместитель Proxy. Классы-оболочки для указателей базовых типов. Перегрузка операций указывания и разыменования. Интеллектуальные указатели.
   
7. 
   Повторное использование классов. Открытое наследование классов. Распространение и перегрузка наследуемых методов. Вызов конструкторов базового класса (суперкласса). Наследование функций и операций (Inheriting operations and functions). Перегрузка оператора присвоения. Множественное и виртуальное наследование. Закрытое наследование классов. Классы-адаптеры. Классы – композиты, в объекты которых вложены объекты других классов. Делегирование функций.
   
8. 
   Шаблоны. Полиморфизм функций и параметризованные функции (шаблоны). Параметризованные классы (шаблоны). Статический полиморфизм. Шаблоны интеллектуальных указателей.
   
9. 
   Шаблоны классов-контейнеров. Вектор (массив). Строка. Связанный список. Обработка исключительных ситуаций.
   
10. 
    Внутренние и дружественные классы. Реализация двумерного вектора. Перегрузка оператора двойного индекса. Шаблоны итераторов для классов-контейнеров.
    
11. 
    Стандартная библиотека шаблонов STL (Standard Template Library). Классы-контейнеры и итераторы. Обобщенные алгоритмы. Функторы.
    
12. 
    Классы с виртуальными функциями. Подстановочный критерий Барбары Лисков. Структура объектов и таблицы виртуальных функций. Динамический полиморфизм.
    
13. 
    Чистые виртуальные функции и абстрактные классы. Полиморфное наследование абстрактных классов в С++. Производящие функции и фабрики объектов.
    
14. 
    Динамическое приведение типов и идентификация (RTTI) в Visual C++.
    
15. 
    Наследование классов с расширением интерфейса. Шаблоны оболочек-адаптеров и внешний полиморфизм.
    
16. 
    Одновременное (конкурентное) выполнение потоков вычислений.
    

1. 
   Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование. – 2-е изд. – М.: БИНОМ, 1998.
   
2. 
   Майерс С. Эффективное использование STL. – СПб.: ПИТЕР, 2002.
   
3. 
   Майерс С. Наиболее эффективное использование С++. – М.: ДМК, 2000.
   
4. 
   Элджер Д. С++. – СПб.: ПИТЕР, 2001.
   
5. 
   Влиссидес Дж. Применение паттернов проектирования. Дополнительные штрихи. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2003.
   
6. 
   Топп У., Форд У. Структуры данных в С++. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2000.
   

1. 
   Секунов Н. Visual C++.NET. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002.
   
2. 
   Холлингвэрт Д., Баттерфилд Д., Сворт Б., Олсон Д. C++ Builder. – СПб.: БХВ-Петербург, 2001.
   
3. 
   Шилдт Г. Теория и практика С++. – СПб.: БХВ-Петербург, 1999.
   
4. 
   Шилдт Г. С++. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002.
   
5. 
   Александреску А. Современное проектирование на С++. Обобщенное программирование и прикладные шаблоны проектирования. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2002.
   
6. 
   Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. – СПб.: ПИТЕР, 2003.
   
7. 
   Preiss B.R. Data structures and algoritms with object-oriented design patterns in C++. – John Wiley and Sons, 1997.