Lenguajes y Fundamentos de Programación · LNG-152

C++ avanzado: plantillas, memoria y STL

Metaprogramación con plantillas, punteros inteligentes y algoritmos de la STL, con el rendimiento siempre medido.

Bajo demanda Especialización 8 módulos · 39 clases

Formato asíncrono Desarrollo, Ingeniería / Industria C++

DESARROLLO

Lo que aprenderás

Escribir plantillas de función y de clase con parámetros variádicos y deducción de tipos.
Restringir plantillas con conceptos de C++20 y obtener mensajes de error legibles.
Componer algoritmos de la STL y rangos en lugar de escribir bucles a mano.
Diseñar tipos que gestionan recursos con semántica de movimiento y garantías de excepción.
Analizar el efecto de la disposición de datos en caché y reorganizar estructuras para mejorarlo.
Medir alternativas con Google Benchmark y comprobar el código máquina generado por el compilador.

Contenido del curso

8 módulos · 39 clases en vídeo · práctica guiada en cada módulo

Módulo 1 · Presentación y método 4 clases

Qué se da por sabido en este curso
Preparar el proyecto: CMake, sanitizers y Google Benchmark
Cómo medir sin engañarse
Leer el ensamblador generado con explorador de compiladores

Módulo 2 · Plantillas de función y de clase 5 clases

Deducción de argumentos y parámetros por defecto
Plantillas variádicas y expansión de paquetes
Especialización total y parcial
SFINAE y su sustitución por conceptos
Plantillas de alias

Módulo 3 · Conceptos y programación genérica 5 clases

Definir un concepto propio
requires y restricciones compuestas
Mensajes de error antes y después
Rasgos de tipo de la biblioteca
if constexpr para ramas en tiempo de compilación

Módulo 4 · Tiempo de compilación 5 clases

constexpr y consteval
Cálculo en compilación con ejemplos útiles
Tablas generadas por el compilador
Coste de compilación: qué lo dispara
Unidades de traducción y compilación incremental

Módulo 5 · Gestión de recursos y excepciones 5 clases

Punteros inteligentes con borradores personalizados
Asignadores propios y polimórficos
Garantías básica, fuerte y sin excepciones
Semántica de movimiento en tipos propios
Copy elision y valores de retorno

Módulo 6 · STL y algoritmos 5 clases

Categorías de iterador y su efecto
Algoritmos de la biblioteca frente a bucles a mano
Rangos, vistas y evaluación perezosa
Algoritmos paralelos y políticas de ejecución
Contenedores asociativos y sus costes

Módulo 7 · Rendimiento y memoria 5 clases

Jerarquía de caché y localidad de datos
Estructura de arrays frente a array de estructuras
Evitar asignaciones en el camino caliente
Perfilado con perf y análisis de puntos calientes
Optimizaciones que el compilador ya hace

Módulo 8 · Caso práctico: biblioteca genérica de series temporales 5 clases

Interfaz pública y conceptos que la restringen
Implementación con contenedor contiguo
Batería de pruebas y comprobaciones en compilación
Mediciones antes y después de cada cambio
Entrega: biblioteca de cabecera documentada

Requisitos

C++ moderno a nivel intermedio: clases, RAII, referencias rvalue y contenedores estándar.
Compilador con soporte de C++20 (g++ 12 o clang 15 en adelante) y CMake instalados.
Soltura con la línea de comandos y con un depurador.

Descripción

En un proyecto C++ grande, el coste no está en escribir clases sino en las decisiones que se repiten un millón de veces por segundo: una copia de más, una indirección innecesaria, un contenedor que provoca fallos de caché. A la vez, la parte genérica del código se llena de plantillas que compilan mal y producen errores de varias pantallas que nadie sabe leer.

Este curso entra en esas dos zonas. Por un lado, metaprogramación con plantillas hasta conceptos y restricciones, con ejemplos de bibliotecas reales. Por otro, rendimiento medido: perfilado, disposición de datos en memoria, evitación de asignaciones y comprobación del ensamblador generado. Cada afirmación sobre velocidad se acompaña de una medición reproducible con Google Benchmark.

Al terminar se puede diseñar una biblioteca genérica que otros usen sin sufrir, y defender con números una decisión de rendimiento ante el equipo. Es el nivel que se espera en desarrollo de motores, procesamiento de señal, simulación numérica y sistemas de baja latencia, donde C++ se elige precisamente por el control que ofrece.

¿Para quién es este curso?

Desarrolladores C++ con experiencia que mantienen bibliotecas usadas por otros equipos.
Ingeniería de simulación o de procesado de señal con requisitos estrictos de latencia.
Programadores de sistemas que necesitan justificar con mediciones cada decisión de diseño.