2022年编程范式 .pdf

介绍 :课程介绍：c 和 c+高级内存管理特征。命令范式和面向对象范式的差别。函数范式-使用 LISP和并发编程 -使用 c 和 c+。简单介绍一些其他流行的语言，如Python、Objective-C和 C# 。课程前提要求：抽象层次的编程和问题解决。未来的学生应该对c+有合理了解。你应该对数组、指针、引用、类、方法、动态内存分配、递归、链表、二叉搜索树、哈希、迭代器和函数指针。你应该能够写出结构清晰、方便阅读的代码，并且意识到变量的良好命名、短函数和方法实现、必要的和清晰的评注。Lecture1 主题：管理的细节，考试-时间限制，冲突，课程分数划分，作业细节-小作业，评分，缓交日期，课程email，Newsgroup，Facebook/Twitter ，邮件发送清单，课程前提要求，编程语言和范式 -c+对比纯 c，过程范式对比面向对象编程，汇编，并发编程概况，并发编程数据共享问题的例子，scheme，函数范式的概况，Python 简介，优势和常用法。Lecture2 主题：c/c+ 数据类型 -解释，大小，位-字节怎么分成位， 将字符的十进制值转化成位结构，短型 -解释包含超过一个字节的数据，负数的表示， 符号位， 两个额外的实现，char 和 short类型的转换，位代表如何转换，int 和 short 转换，转换的符号扩展，浮点型，在整形和浮点型的转换。Lecture3 主题：用指针在不同大小和位表示之间的转换，little Endian 对比 big Endian，结构体：结构体的数据如何存储，获取结构体数据的获取，数组， 数组的指针计算，将数组转换成其他类型的结果，结构体在内存的布局，c 中 string 的动态分配对比字符数组，使用strcpy 修正结构体内部数据，字符数组和cout，c 动态函数中使用内存和指针Lecture4 创建一个任意大小数据结构的泛型交换函数，void* 泛型指针类型，使用memcpy 实现交换函数， 交换泛型函数的界面，c 泛型的优缺点对比c+泛型，c 泛型交换函数编译的不正常使用的结果，交换指针，使用泛型交换指针的陷阱，实现泛型线性搜索，使用cast 和指针算术，用 memcmp 或比较函数来比较内存块。Lecture5 泛型 L 搜索 -原型，比较函数，实现，将Void* S转换成 Char* S用于计算Byte 便宜，泛型L搜索的客户端使用，比较函数比较整数的例子，更复杂的数据结构和L 搜索 -使用 C-Strings的例子， 比较两个C-Strings的比较函数， 带有表示Char*S 的参数， 关键字第一二参数是不同类型的比较函数，使用结构体的指针作为关键字来获取比较函数中的额外数据，函数对比方法， C数据结构 实现整数的非泛型栈，c 栈的接口，实现，内存预分配，c 栈的客户端使用，栈内部内存的状态，栈变得很大时内存的增长，新建栈的实现，断言。Lecture6 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 主题：栈的实现构造器和析构器，入栈实现，当用realloc 栈过大时内存的重分配，使用realloc 内存是怎么复制的，栈顶的实现， 重新实现栈接口作为泛型数据结构，新建栈的泛型实现，使用memcpy 的入栈的泛型实现，栈增长的实现，静态（内部）函数，使用memcpy实现泛型出栈，这是调用者的职责来分配存储的出栈元素的内存。Lecture7 主题： 内存拥有者的问题，析构栈的实现为什么不释放动态分配的数据，添加自由函数到栈的实现，重写栈析构来吸收，为C-Strings 的栈写入自由函数，写这些函数的陷阱，作业3的 C 库函数 Memmove （使用重叠的两个区域的可以复制的Memcpy ） ，旋转函数的例子，C Qsort 函数，内存全局布局栈段，堆段，堆管理者如何在堆上释放和分配内存，自由节点信息的基础链表。Lecture8 主题：堆管理 分配信息是如何存在堆中，不正确释放内存的结果，堆分配的实际大小2的最近的幂，通过在自由内存的块中存储地址来管理堆中的自由块，选择自由块分配算法，当内存被释放后堆的自由链表如何更新，临近块如何被合并来避免碎片，使用 Handles 来压缩堆，通过减少栈指针在栈上分配本地变量，在嵌套函数调用中的激活记录和栈指针状态，汇编代码和代码段，RAM，寄存器，和算术逻辑单元，算术表达式被转换为寄存器操作的例子。Lecture9 主题：代码片如何被转换成汇编指令，存储，载入，和算术逻辑单元操作，4 字节地址的汇编优化，上下文敏感的代码转换，重写汇编指令中默认的4 字节，将for 循环转换为汇编，使用分支指令和PC寄存器，汇编中指针/数组计算，无条件分支指令（Jumps） ，4 字节的汇编指令在内存中如何编码Lecture10 主题： 激活记录的更多细节在函数调用中的内存分配，栈中函数返回地址如何存储，激活记录在栈中构建的例子，在栈中建立函数参数，使用call 指令跳到函数，在函数结束时清理与使用 RET指令和存储的返回地址来返回原函数，激活信息的大致布局，激活信息的每个部分的建立， 阶乘函数的汇编代码转换，递归如何转换为汇编，在其他函数被调用时寄存器要重载的原因，阶乘函数汇编执行的动画展示。Lecture11 主题：从c 代码的产生到c+代码的产生：基本的交换例子，指针交换函数的代码产生，使用引用在c+版本的交换函数的代码产生，这被当做自动解除指针引用，本地变量声明为引用，引用和指针的不同，在栈中空间声明类的效果，类方法， 它把 this 指针隐式地当做第一个参数， this 指针对类方法在激活记录中的作用，静态类方法 （独立函数） 不包括 this 指针，编译和链接 -#define 和预处理。Lecure12 主题：预处理指令- #Define 是一个很好的找到和替代的预处理宏- 带参数的预处理指令，在容器中找到第n 个元素地址的宏指令例子。断言的宏指令实现。断言是如何使用#ifdef 和#define 从最终产品脱离出去的。当给出更多复杂参数时C 宏的缺点。 #include 作为搜索和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 替代的操作，对比”, 在预处理后输出到编译器，如何使用gcc 来查看预处理器的输出，如何使用 #ifndef，#Define，#Endif 来避免循环引用#include，预处理结果的可视化展现，转换单元被传入编译器来创建a.o 文件。一个展示简单脚本预处理和编译的例子。Lecture13 主题：简单程序转换成a.o 文件的编译过程的回顾。使用 c 标准库的效果。 结果转换单元的.H文件。当没有找到或者.o 文件没有改变时，Gcc 如何引用一个原型。Gcc连接器在没有 # Include 时，如何链接标准库文件，当使用预处理原型的.H 文件没有被引入时的结果，如何使用 .H 文件创建不同的结果，断言是宏时在Linker 的失效，与断言是标准库中函数时的对比，编译链接时使用不正确数目参数时使用strlen 的效果， 在编译和链接时使用太少参数时调用 Memcmp 的效果， C+ 在不同函数原型中消除歧义来避免前两个例子中出现的问题，调试信息段错误 (通常解除错误指针的引用)对比总线错误(检出没有对齐的数据的引用)，当整数数列溢出导致的无限循环调试例子。类似的列子在使用short 类型数组在Big-Endian 系统和 little-endian 系统的对比。数组溢出覆盖了保存的PC和导致无限循环的脚本的例子。Lecture14 主题： 写入数组末尾导致函数返回地址被覆盖的例子，导致无限循环， 在两种不同函数中数据不正常共享的例子，但由于激活记录结构（隧道）使得仍可以被打印出来。Printf 原型如何使用 ” , 这允许它使用可变数目的参数，为什么参数被从右到左入栈，查看打印时使用可变参数时的栈和函数，structs 字段在内存中按顺序排列的原因，在使用相似内部结构的不同 structs 间转换，顺序编程对比并发编程，在不相连的虚拟地址空间上运行多个不同进程的例子， 虚拟地址映射到中心内存管理单元，如何让并发编程 （多进程） 允许多个进程看上去在同时运行， 多线程如何允许多个函数在一个进程中“ 同时 ” 运行 (例如打开微软office 和在itune 中下载歌曲 ),可以使用线程建模的真实情景（一次能出售10 张票的代理同时出售150张票） 。Lecture15 主题： 在售票例子中从顺序编程到并发编程的转换，顺序模型的问题，线程接口， 重写售票例子来使用，添加随机化的线程sleep 调用让不同线程的时间片更加随机，售票线程输出的例子， 在非原子操作中一个线程如何被中断，通过允许一些源加载，一些源阻塞， 多线程如何巨大地加速RSS News Reader，允许每个票线程获取一个全局的线程池，而不是分配每个代理 15 张票，当线程同时尝试去获取共享数据时会导致的问题，如果通过使用信号量封闭临界区来解决这个问题，信号量wait 和信号量signal 函数，修改售票函数来使用信号量保护共享数据，改变信号量的初始值如何会导致死锁或者允许过多线程同时获取共享数据。Lecture16 主题：回顾信号量语法， 信号量 signal 和信号量wait， 在多线程售票函数中的信号量使用（保护临界区），两个售票代理出售同一张票的竞争情况的例子，当前运行线程被交换时栈和多个寄存器如何被保存，另外一个例子使用信号量建模internet 和读写者线程， 两个线程在没有保护下运行时的潜在的危险，使用满缓冲和空缓冲的信号量来确保线程步调一致，不同的信号量模型二元锁对比Rendezvous ，改变空缓冲和满缓冲信号量的初始值的效果，如何检测死锁，使用多个读写者在线程同步的改变，哲学家就餐的问题把每个哲学家当做一个线程的建模，死锁的结果，通过限制同时吃饭的哲学家数目来解决死锁。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - Lecture17 主题： 回顾哲学家就餐问题，把每个哲学家作为一个线程来建模，死锁的结果，通过限制同时吃饭的哲学家数目来解决死锁，使用全局变量和二元锁来记录资源对比使用信号量，另外调用多个文件的FTP下载的线程例子， 每个文件被分配给一个线程并且字节总数被返回，实现 DownloadHelper 用于下载一个文件并且使用二元锁来安全更新下载的字节总数，通过使用 Childrendone 信号量，确保Downloadallfiles 函数不能在所有文件被其线程下载完成之前返回， Childrendone 信号量如何确保函数在正确的时间返回，不论多个线程如何交叉存取，为下周建立一个冰欺凌店的并发例子。Lecture18 主题：客座讲师，冰欺凌店建立客户、出纳员、职员和管理员线程，不同线程类型的限制，写出 main 函数，产生多个线程，使用检查结构处理管理员-员工的交互，当员工准备好检查时使用信号量激活管理员，并且使用信号量确保职员要等待检查结束，写出管理员函数，当这个函数结束时执行每个检查和激活，写出职员函数， 这个函数一直做冰欺凌卷筒直到管理员检查并且同意；为什么需要添加一个额外的信号量来保护管理员函数，为什么刚才提到的所有信号量都是必须的，写出顾客线程的函数，这个函数产生职员线程来交付冰欺凌蛋卷，然后等待所有工作完成，创建和保护line 结构，用于按照顺序记录在出纳员前等待的顾客，写出出纳员线程的函数，按顺序检查在line 中等待的每个人，如果需要就等待。Lecture19 主题：命令 /过程范式（ c）和面向对象的范式（c+） ，介绍函数的范式（Scheme） ，这个范式基于函数返回值的综合，一个转换摄氏温度到华氏温度的Scheme 函数定义的例子，Scheme环境（kawa） 的细节，Scheme原语，Scheme 的列表，表示函数和函数调用作为lists，函数例子：，和 scheme 列表的操作， car 和 cdr，区分列表和带 的函数， car 和 cdr 名字的起源， cons 函数，通过把第一个参数加到第二个元素（必须是一个列表）之前来构建一个新的列表， Append 函数，链接两个或多个列表，定义自己的add 函数， “Define ”在 Scheme中是有副作用的一个操作，在scheme 执行中的错误检查，写一个递归函数计算列表中所有数字之和。Lecture20 主题： car-cdr 递归返回整数列表中的所有数字之和，scheme 在运行时检测类型而不是在编译时检测， scheme 中 Fibonacci 函数的递归实现，运行时错误/类型检测对比编译时错误/类型检测的例子，写一个递归的精简函数删除列表中所有插入的括号，使用cond 结构在精简函数中将多个递归例子用分支表示，使用else 声明来确保cond 总是要返回一个值，写出一个整数列表中的排序函数，使用or 函数来处理基本类型逻辑和使用cadr 速写第二个元素，在 scheme 中用多个参数来使用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -