Реактивное программирование на С++. Проектирование параллельных и асинхронных приложений с использованием библиотеки RxCpp и современного C++17 (4000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

УДК 004.4 ББК 32.973.202-018.2 П12 П12 Реактивное программирование на С++ / пер. с анг. В. Ю. Винника. – М.: ДМК Пресс, 2019. – 324 с.: ил. Пай П., Абрахам П. ISBN 978-5-97060-778-7 В книге изложены понятия и принципы функционального реактивного программирования, помогающие строить параллельные, асинхронные приложения с наименьшими усилиями и минимумом ошибок. Реактивное программирование – парадигма программирования, ориентированная на потоки данных и распространение изменений, это путь для лёгкого создания пользовательских интерфейсов, анимации или моделирования систем, изменяющихся во времени. Всесторонне рассмотрена библиотека RxCpp, описана разработка реактивных микросервисов на C++, а также использование библиотеки Qt/C++ в реактивном стиле. Изучив эту книгу, вы будете хорошо разбираться в тонкостях реактивной модели программирования и методах её реализации на новейшей версии стандарта C++17. Издание предназначено для разработчиков С++, желающих получить максимум эффективности от своих приложений. УДК 004.4 ББК 32.973.202-018.2 Authorized Russian translation of the English edition of C++ Reactive Programming ISBN 9781788629775 © 2018 Packt Publishing. This translation is published and sold by permission of Packt Publishing, which owns or controls all rights to publish and sell the same. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978-1-78862-977-5 (анг.) ISBN 978-5-97060-778-7 (рус.) © 2018 Packt Publishing © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2019

Стр.5

Содержание Над книгой работали ....................................................................................11 Предисловие ....................................................................................................12 Глава 1. Модель реактивного программирования – обзор и история ..............................................................................................17 Событийно-ориентированная модель программирования ..............................18 Событийно-ориентированное программирование в системе X Window .....19 Событийно-ориентированное программирование в среде Microsoft Windows .............................................................................................................20 Событийно-ориентированное программирование в каркасе Qt .................22 Событийно-ориентированное программирование средствами библиотеки MFC ...............................................................................................23 Прочие модели событийно-управляемого программирования ...................24 Ограничения классических моделей обработки событий .............................24 Реактивная модель программирования .............................................................25 Ключевые интерфейсы реактивной программы................................................26 Методы вталкивания и втягивания данных .......................................................28 Дуальность интерфейсов IEnumerable и IObservable .....................................28 Превращение событий в наблюдаемый источник .............................................31 Методологические замечания .............................................................................36 Итоги .....................................................................................................................37 Глава 2. Современный язык C++ и его ключевые идиомы ...........39 Принципы проектирования языка C++ ...............................................................40 Абстракция нулевой стоимости ......................................................................40 Выразительность ..............................................................................................40 Взаимозаменяемость .......................................................................................43 Усовершенствования языка, повышающие качество кода ................................44 Автоматический вывод типов .........................................................................44 Единообразный синтаксис инициализации ...................................................46 Вариадические шаблоны .................................................................................46 Ссылки rvalue ....................................................................................................48 Семантика перемещения .................................................................................50 Умные указатели ..............................................................................................52 Лямбда-функции ..............................................................................................54 Функциональные объекты и лямбда-функции ..............................................55

Стр.6

6  Содержание Композиция, карринг и частичное применение функций ............................57 Обёртки над функциями ..................................................................................60 Операция композиции функций .........................................................................61 Прочие возможности языка .................................................................................63 Выражения-свёртки .........................................................................................63 Сумма типов: тип variant .................................................................................64 Прочее ...............................................................................................................65 Циклы по диапазонам и наблюдатели ................................................................65 Итоги .....................................................................................................................69 Глава 3. Параллельное и многопоточное программирование на языке C++ ............................................................70 Что такое параллельное программирование ......................................................71 Здравствуй, мир потоков! ....................................................................................72 Управление потоками ..........................................................................................74 Запуск потока ....................................................................................................74 Присоединение к потоку ..................................................................................75 Передача аргументов в поток ..........................................................................77 Использование лямбда-функций ........................................................................79 Управление владением ....................................................................................80 Совместный доступ потоков к данным ...............................................................82 Двоичные семафоры ........................................................................................84 Предотвращение тупиков ................................................................................87 Условные переменные .....................................................................................91 Потокобезопасный стек .......................................................................................93 Итоги .....................................................................................................................96 Глава 4. Асинхронное программирование и неблокирующая синхронизация в языке C++ ................................98 Асинхронные задачи в языке C++ .......................................................................99 Фьючерсы и обещания ...................................................................................100 Класс std::packaged_task .................................................................................102 Функция std::async .........................................................................................104 Модель памяти в языке C++ ...............................................................................106 Параллельный доступ к памяти ........................................................................106 Соглашение о порядке модификации памяти .................................................107 Атомарные операции и типы в языке C++ ........................................................108 Атомарные типы .................................................................................................108 Тип std::atomic_flag .........................................................................................111 Тип std::atomic .....................................................................................113 Тип std::atomic и арифметика указателей ............................................116 Общий случай шаблона std::atomic<> ...........................................................117 Порядок доступа к памяти .................................................................................118 Последовательно согласованный порядок доступа .....................................119

Стр.7

Содержание  7 Результат : последовательная согласованность ............................................120 Семантика захвата и освобождения .............................................................120 Ослабленный порядок доступа к памяти .....................................................122 Неблокирующая очередь ....................................................................................124 Итоги ...................................................................................................................126 Глава 5. Знакомство с наблюдаемыми источниками ....................127 Шаблон «Наблюдатель» ......................................................................................128 Ограниченность классического шаблона «Наблюдатель» ...............................131 Обобщённый взгляд на шаблоны проектирования .........................................133 Объектно-ориентированная модель программирования и иерархии ...........135 Обработка выражений с помощью шаблонов «Композит» и «Посетитель» .....136 Разглаживание многоуровневых композитов для итеративного доступа .....142 Операции отображения и фильтрации списков ...............................................146 От наблюдателей к наблюдаемым источникам................................................149 Итоги ...................................................................................................................153 Глава 6. Введение в программирование потоков событий на языке C++ ................................................................................155 Что такое программирование потоков данных ................................................156 Преимущества модели программирования потоков данных .....................157 Прикладное программирование с использованием библиотеки Streams .....157 Ленивые вычисления .........................................................................................158 Пример программы для обработки потока данных .....................................159 Агрегирование значений в парадигме потоков данных .............................160 Погружение стандартных контейнеров в парадигму потоков данных ......160 Несколько слов о библиотеке Streams ...........................................................161 Программирование потоков событий ..............................................................162 Преимущества программирования на основе потоков событий ................162 Библиотека Streamulus и её программная модель .......................................162 Библиотека Spreadsheet для оповещения об изменениях данных .............168 Библиотека RaftLib – ещё один инструмент обработки потоков данных .....170 Потоки данных и реактивное программирование ......................................172 Итоги ...................................................................................................................173 Глава 7. Знакомство с моделью маршрутов данных и библиотекой RxCpp .................................................................................174 Парадигма маршрутов данных ..........................................................................175 Знакомство с библиотекой RxCpp .....................................................................176 Библиотека RxCpp и её модель программирования ....................................177 Простой пример взаимодействия источника с наблюдателем ...................178 Фильтрация и преобразование потоков данных..........................................178

Стр.8

8  Содержание Создание потока из контейнера ....................................................................179 Создание собственных наблюдаемых источников ..........................................179 Конкатенация потоков ...................................................................................180 Отписка от потока данных .............................................................................180 Визуальное представление потоков данных ....................................................181 Операции над потоками данных .......................................................................181 Операция average ............................................................................................182 Операция scan .................................................................................................182 Соединение операций в конвейер ................................................................183 Работа с планировщиками .............................................................................183 Сага о двух операциях: как разглаживать потоки потоков .........................186 Прочие важные операции ..............................................................................191 Беглый взгляд на ещё не изученное ..................................................................192 Итоги ...................................................................................................................193 Глава 8. Ключевые элементы библиотеки RxCpp ...........................194 Наблюдаемые источники данных .....................................................................194 Что такое объект-производитель ..................................................................195 Горячие и холодные источники данных .......................................................195 Горячие источники данных ...........................................................................196 Горячие источники данных и механизм повтора ........................................198 Наблюдатели и подписчики ...............................................................................199 Единство наблюдаемого и наблюдателя ...........................................................200 Планировщики ....................................................................................................203 Методы observe_on и subscribe_on .................................................................206 Планировщик с циклом выполнения run_loop .............................................208 Операции над потоками данных .......................................................................209 Операции создания потоков ..........................................................................210 Операции преобразования данных ..............................................................210 Операции фильтрации ...................................................................................211 Операции комбинирования данных .............................................................212 Операции обработки ошибок ........................................................................212 Вспомогательные операции ..........................................................................212 Логические операции .....................................................................................213 Математические операции и агрегирование потоков .................................213 Операции для управления подключениями ................................................213 Итоги ...................................................................................................................214 Глава 9. Реактивное программирование графических интерфейсов на основе каркаса Qt ......................................................215 Введение в программирование интерфейсов пользователя на основе каркаса Qt ............................................................................................................216

Стр.9

Содержание  9 Объектная модель библиотеки Qt .................................................................217 Сигналы и слоты .............................................................................................218 Подсистема событий ......................................................................................220 Обработчики событий ....................................................................................221 Отправка событий ..........................................................................................221 Система метаобъектов ...................................................................................222 Программа «Здравствуй, мир» на основе библиотеки Qt ................................222 События, сигналы и слоты на примере .............................................................225 Создание собственного визуального объекта ..............................................225 Создание главного диалогового окна приложения ......................................227 Запуск приложения ........................................................................................231 Интеграция библиотек RxCpp и Qt ....................................................................232 Реактивная фильтрация событий из каркаса Qt ..........................................233 Создание окна и размещение его элементов ...............................................235 Наблюдатели для различных типов событий ...............................................236 Знакомство с библиотекой RxQt ....................................................................238 Итоги ...................................................................................................................241 Глава 10. Шаблоны и идиомы реактивного программирования на языке С++ ..........................................................242 Объектно-ориентированное программирование и шаблоны проектирования ..................................................................................................242 Основные каталоги шаблонов ...........................................................................244 Шаблоны «Банды четырёх» ............................................................................244 Каталог POSA ..................................................................................................245 Ещё раз о шаблонах проектирования ...............................................................246 От шаблонов проектирования к реактивному программированию ..............248 Разглаживание иерархии и линейный проход .................................................254 От итераторов к наблюдаемым источникам ....................................................256 Шаблон «Ячейка» ................................................................................................257 Шаблон «Активный объект» ...............................................................................260 Шаблон «Ресурс взаймы» ...................................................................................262 Шаблон «Шина событий» ...................................................................................263 Итоги ...................................................................................................................267 Глава 11. Реактивные микросервисы на языке C++ ......................268 Язык C++ и веб-программирование ..................................................................269 Модель программирования REST ..................................................................269 Библиотека REST SDK для языка C++ ................................................................270 Программирование HTTP-клиента с использованием библиотеки C++ REST SDK ..............................................................................270 Программирование HTTP-сервера ................................................................272 Тестирование HTTP-сервера с помощью утилит curl и postman ....................275

Стр.10

10  Содержание Создание HTTP-клиента с помощью библиотеки libcurl .............................276 Реактивная библиотека-обёртка RxCurl .......................................................277 Использование формата JSON с протоколом HTTP .........................................278 Использование библиотеки C++ REST SDK для создания сервера ..................282 Обращение к REST-сервисам с помощью библиотеки RxCurl .........................290 Несколько слов об архитектуре реактивных микросервисов ..........................292 Мелкоблочные сервисы ..................................................................................293 Разнородное хранение данных .....................................................................294 Независимое развёртывание сервисов .........................................................294 Оркестровка и хореография сервисов ...........................................................295 Реактивный стиль запросов к веб-сервисам ................................................295 Итоги ...................................................................................................................295 Глава 12. Особые возможности потоков и обработка ошибок ..............................................................................................................297 Средства обработки ошибок в библиотеке RxCpp ............................................300 Выполнение действия в ответ на ошибку .....................................................300 Восстановление после ошибки ......................................................................302 Обработка ошибки путём перезапуска источника данных .........................305 Автоматическое выполнение завершающих действий в случае ошибки ............................................................................................................307 Обработка ошибок и планировщики ................................................................308 Примеры обработки потоков событий .............................................................313 Агрегирование потоков данных ....................................................................313 Событийно-управляемое приложение .........................................................315 Итоги ...................................................................................................................319

Стр.11