C++ Avancé

Apprentissage des concepts et paradigmes du C++ pour passer des entretiens

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Objectifs

Cela fait un petit moment que je suis disons effrayé et intrigué par le C++, la plupart des témoignages sur internet semblent faire remarquer à quel point le langage est devenu compliqué et complet. Récemment, je suis tombé sur de multiples offres d'emploi en C++ dans des entreprises qui m'intéressent, mais aussi dans un domaine que j'aimerais approfondir : la programmation embarquée. J'aimerais donc élargir mes compétences et comprendre mieux comment C++ est utilisé en pratique, au dela des cours d'informatique théorique.

Cette citation, du créateur de C++, met bien en avant la complexité du langage. Aussi, elle m'a permis de relativiser et me donner envie d'apprendre, même si je ne pourrais jamais tout connaître sur le sujet.

Even I can’t answer every question about C++ without reference to supporting material (e.g. my own books, online documentation, or the standard). I’m sure that if I tried to keep all of that information in my head, I’d become a worse programmer. What I do have is a far less detailed – arguably higher level – model of C++ in my head.

Interview de Bjarne Stroustrup par Ryou Ezoe, p.9

Aussi, puisque mon but est principalement de pouvoir réussir quelques entretiens sur C++, j'ai concentré mon apprentissage à une grosse partie théorique sur les fonctionnalités du langage (c'est le genre de questions auxquelles j'ai eu à faire dans le passé)

Rappels de C++

Pour commencer, j'ai décidé de regarder dans son entièreté une video de 4h sur les bases de C++: C++ Full Course - Caleb Curry. Souvent en x2, par moment en passant certains chapitres (sur les opérateurs mathématiques par exemple). Honnêtement, c'est une plutôt bonne ressource, elle m'a permis de m'assurer d'être au jus sur les bases des bases.

Voici une liste de POK&MON intéressants sur le sujet :

Versions de C++

Les versions de C++ sont publiées régulièrement, environ tous les 3 ans, avec un processus bien défini pour définir un nouveau standard. Chaque nouvelle version apporte des améliorations, corrige des défauts et introduit de nouvelles fonctionnalités, tout en garantissant une grande compatibilité avec les versions précédentes. Cela suit les recommandations du comité de standardisation C++ (ISO/IEC JTC1/SC22/WG21). Voici les principales versions de C++ :

• C++98 (1998) : Première version standardisée.
• C++03 (2003) : Révision mineure de C++98.
• C++11 (2011) : Introduction majeure avec des fonctionnalités comme auto, lambda, smart pointers, etc.
• C++14 (2014) : Améliorations mineures de C++11.
• C++17 (2017) : Fonctionnalités comme std::filesystem, std::optional, if constexpr, etc.
• C++20 (2020) : Extensions majeures avec les concepts, coroutines, ranges, et plus.
• C++23 (2023) : Améliorations autour de la bibliothèque standard, constexpr et autres.
• C++26 (2026) : Article du site CppScripts qui liste de prévisions pour C++26.

Structures de données

Lors de mon dernier stage, j'ai passé une certification Java et depuis, quand je souhaite vraiment approfondir un langage et m'entraîner pour des tests techniques, j'apprends les quelles structures de données sont disponibles dans la librairie standard.

Je pensais qu'en C++ c'était un thème récurrent de réinventer la roue, mais à ma grande surprise, la libraire standard est TRÈS complète en termes de structures de données. Il y en a pour tous les goûts:

• std::vector
• std::map
• std::priority_queue
• ...

Best Practices

Au cours de mes recherches, j'ai découvert l'existence de std::array<T> qui est en gros un tableau standard T[] mais en mieux à moindre coût. En effet, il encapsule un tableau standard pour permettre l'accès aux fonctions classiques des containers comme std::vector comme par exemple .size() (!)

Je me suis aussi rendu compte d'une des raisons de la complexité du langage. Pour des raisons de compatibilité, les standards C++ ne peut pas modifier les comportements existants ni les retirer, c'est pourquoi certaines fonctionnalités bien que strictement non recommandée sont encore disponible dans le langage. Par exemple certaines fonctions ne doivent pas être utilisées car elles posent des problèmes de sécurité mais elles sont encore dans les standards cf. fichier qui liste des fonctions bannies. Ainsi, il est très important de se tenir au courant des best practices.

En suivant la vidéo de 4h, j'ai décidé de regarder celle çi, qui permet déjà de se faire une meilleure idée de bonnes habitudes à prendre. Elle m'a permis d'avoir une bonne base de sujets à approfondir.

Généralement quand quelque chose est vraiment problématique avec une version de C++, il existe, dans les versions suivantes, une nouvelle fonctionnalité pour y remédier. On peut par exemple prendre comme référence les pointeurs et l'allocation de mémoire (cf. partie suivante). En tout cas, être au courant des nouveautés du langage est souvent une bonne façon de comprendre mieux erreurs à éviter. J'ai rapidement exploré les listes disponibles sur le dépôt Github Modern Cpp Features - Anthony Calandra, mais aussi regardé une conférence sur C++23 : C++23: An Overview - Marc Grégoire.

Fonctionnalités

Smart Pointers *

Initialement, pour allouer de la mémoire, on le faisait avec malloc et free, mais cette méthode manuelle est sujette à des erreurs comme les fuites de mémoire ou la double libération (double free), causant des crashs imprévisibles. Ensuite, new et delete ont été introduits pour simplifier la gestion de mémoire, tout en restant vulnérables aux mêmes problèmes si mal utilisés. Aujourd'hui, on encourage vivement l'utilisation des smart pointers qui apportent une gestion automatique et sécurisée de la mémoire, en s'assurant que les ressources soient libérées correctement lorsque plus aucune référence valide n'existe. Cela réduit considérablement les risques de bugs liés à la gestion mémoire manuelle.

[[Attributs]]

Les attributs en C++ introduisent une manière standard d'annoter et d'ajouter des métadonnées au code. Ces annotations peuvent être utilisées par le compilateur pour activer des optimisations, générer des avertissements ou modifier le comportement du code lors de la compilation. Les attributs modernes sont encapsulés dans [[ ]] pour éviter les conflits avec les extensions spécifiques des compilateurs.

Ils jouent de multiples rôles :

• améliorer la lisibilité et la sécurité du code.
• donner des indications explicites au compilateur sans affecter directement la logique du programme.
• remplacer les anciennes annotations dépendantes des compilateurs (comme __attribute__ avec GCC).

Quelques attributs courants

[[nodiscard]] int calculate() { return 42; }
int main() {
    calculate(); // Génère un avertissement car la valeur de retour est ignorée.
}

[[deprecated("Utiliser la nouvelle méthode calculateNew() à la place.")]]
int calculateOld();

void func() {
    [[maybe_unused]] int unusedVar = 10;
}

switch (value) {
    case 1:
        // code
        [[fallthrough]];
    case 2:
        // code
        break;
}

if ([[likely]] x > 0) {
    // Branch expected to be taken frequently
} else {
    // Branch expected to be rarely taken
}

constexpr et consteval

constexpr et consteval sont deux mots-clés utilisés en C++ pour gérer les calculs constants à la compilation.

Ces mots-clés servent principalement à optimiser le programme et à assurer des invariants au moment de la compilation, ce qui améliore la sécurité et les performances globales.

constexpr (C++11)

Permet de déclarer des variables, des fonctions ou des objets dont la valeur peut être calculée à la compilation, si possible. Il garantit également que la valeur d'une variable est immuable. Il est très utile pour optimiser les performances et réduire l'exécution à l'exécution.

Exemple :

constexpr int square(int n) {
    return n * n;
}
constexpr int result = square(5); // Calculé à la compilation

consteval (C++20)

Similaire à constexpr, mais plus strict, ce mot-clé force une fonction à être évaluée uniquement à la compilation. Si la fonction est appelée au moment de l'exécution, une erreur sera générée.

Exemple :

consteval int cube(int n) {
    return n * n * n;
}
int val = cube(3); // Calculé à la compilation, OK
// int runtime_val = cube(runtime_input); // Erreur, ne peut pas être utilisé à l'exécution

Utilisation d'IA

J'ai trouvé l'utilisation d'IA plutôt intéressante pour l'apprentissage du langage.

LeetCode

Je vous invite à lire les MONs suivants sur LeetCode pour plus d'informations. Pour résumer c'est une plateforme sur laquelle on peut résoudre des problèmes d'algorithmique qui se rapprochent beaucoup de ce qui est proposé en entretiens techniques.

Pour ma part, je suis déjà OK sur le sujet (~150 problèmes résolus) mais pas en C++. C'est pourquoi je me suis concentré à essayer de travailler un peu mon écriture de solutions en C++. J'ai commencé par reprendre des problèmes dont je connais la solution pour la refaire en C++, avec les structures de données appropriées et travailler sur la syntaxe de base.

J'ai remarqué que les concepts avancés de C++ sont très peu utiles pour les problèmes, car finalement on reste principalement sur de l'algorithmique et de l'informatique théorique. Par exemple, je n'ai pas eu besoin d'utiliser d'attributs, de smart pointers ou autres fonctionnalités qui ont vocation à être plutôt utilisées dans des codes bases plus conséquentes.

Approfondir

Voici quelques liens vers des conférences disponibles sur la chaîne youtube CppCon que j'ai regardées (mais au dela des 10h du MON) qui parlent de sujets plutôt intéressants.

• Multi-Threading
• Utilisation de la carte graphique
• Build systems

De ce que j'ai pu remarquer au cours de mes recherches, il est difficile de repérer les sujets sur lesquels on peut s'améliorer en C++ tant ils sont nombreux. Un schéma que j'ai cependant souvent observé en vidéo est celui de lire les suggestions de son éditeur de texte ! Aussi certains outils d'analyse statique de code sont particulièrement puissant, par exemple vous pouvez en trouver une liste sur le site Terminal Root

Voici un exemple de résultats d'inspection du code sur l'IDE CLion :

Plus généralement, rester au courant peut se faire sur pleins de canaux différents :

Conclusion

J'ai eu l'occasion de passer un entretien technique type LeetCode que j'ai très bien réussi et qui m'a permis de décrocher un second entretien technique, plus théorique lui. Je sais qu'il s'est bien passé et j'en suis plutôt fier néanmoins ce processus de recrutement n'a pas abouti à cause d'un hiring freeze à dans l'entreprise à l'échelle nationale...