Programování v jazyce C#

[in English] This page contains information for Czech students of the Programming in C# Language course. For english version, switch the language in the page header.

Náplň přednášek

1. přednáška

• Představení předmětu, zkouška
• Rozdíly v reprezentaci proměnných v paměti v jazycích Python, C++ a C#
• Rozdíly referenčních a hodnotových typů, předávání argumentů hodnotou
• Paměťový overhead u referenčních typů, třída Type
• record (class), record struct

Materiály

• Slidy
• Kód
• 

2. přednáška

• Připomenutí rozdílu referenčních a hodnotových typů, rozhodnut při deklaraci typu
• Příklady typicky referenčních, resp. typicky hodnotových typů
• Implicitní typované proměnné (var), new bez jména typu v kontextu kde je to zřejmé (parametr, deklarace)
• Položky (field) vs. vlastnosti (property) v typech, readonly
• Automaticky implementované vlastnosti
• Alokace na GC haldě, nulování paměti, konstruktory, initializers
• init settery u vlastnosti (C#9), klíčové slovo required (C#11)
• Primary constructor pro record class a record struct
• Nullable hodnotové typy, is null operátor

Materiály

• Slidy
• Kód
• 

3. přednáška

• Připomenutí nullable hodnotových typů
• null v běhovém prostředí .NET (CLR) a přístup k null jako NullReferenceException
• Nullable referenční typy (C#8)
• Duck typing v Pythonu, dynamicky typované jazyky
• Interface v C#, tabulka interface I u typu A : I a najití metody několika dereferencemi v situaci I i = new A(); i.m1();
• Překryté metody klíčovým slovem new a hledání správné metody, která se bude volat

A z doplňkového videa:

• Operátor is a InvalidCastException i v lepší variantě variable is Type newVariable
• Vlastnosti=Properties (ne položky=fields) jakou součástí kontraktu v interface

Materiály

• Slidy
• Kód
• 

4. přednáška

• Nepřenositelnost (závislost na platformě) u přeloženého C++
• Řešení přenositelnosti pomocí universal executable (fat binary) na MacOS
• Překlad C# kódu (csc.exe) do (přenositelné) assembly (.dll) a následně JIT (Just in time) překlad na specifické platformě
• Možnosti optimalizace v situacích JIT nebo AOT (Ahead of time) překladu
• CIL (Common intermediate language), metadata v assembly
• Spouštění C# programu přes příkaz dotnet a přes přeložené .exe (windows only) a spouštění ve WSL2
• Nástroje ildasm (součást .NET SDK) a ilspy (standalone nástroj), ladící informace (soubor .pdb), .ctor
• Dědičnost v C#, volání instančních metod (schovaný parametr this)
• Abstraktní třída, společný předek object, volání konstruktoru předka přes base
• Operátor is, třída Type, metoda GetType() a operátor typeof

A z doplňkového videa:

• Operátor is a pattern-matching (C#9)

Materiály

• Slidy
• Kód
• 04-csharp-part2-lecture-notes.txt
• 04-csharp-wsl2-ubuntu-commands.txt
• 

5. přednáška

• Statické položky a class (static) constructor, .cctor
• Delegování konstruktoru pomocí : this(), pořadí inicializace
• abstract class vs. static class
• Různé varianty konstant, readonly static, get-only vlastnosti, const, constant-folding překladačem při inicializace const hodnot, constant-folding JITu u jednoduchých funkcí, další použití enum

Materiály

• Kód
• 05-csharp-part3-lecture-notes.txt
• 

Doporučená literatura

• Joseph Albahari: C# 12 in a Nutshell: The Definitive Reference, O’Reilly Media, 2023 (lze koupit např. na Amazon UK)
• Jon Skeet: C# in Depth (4^th Edition), Manning Publications, March 2019 (lze koupit např. na Amazon UK)
• C# Language Specification version 8

Případně

• Mark Michaelis with Eric Lippert: Essential C# 5.0, Addison-Wesley, 2013 (lze koupit např. na Amazon UK)
• Jeffrey Richter: CLR via C# (4^th Edition), Microsoft Press, December 2012 (lze koupit např. na Amazon UK)
• Christian Nagel, Evjen, Jay Glynn, Karli Watson, Morgan Skinner: Professional C# 4.0 and .NET 4, Wrox, John Wiley & Sons, March 2010 (lze koupit např. na Amazon UK

Náplň cvičení

1. cvičení

• Informace o předmětu, podmínky získáni zápočtu (k dispozici na této stránce), koncept cvičení
• Příklady na procvičení rozdílů mezi referenčními a hodnotovými typy, velikosti proměnných a instancí, alignment/padding, pole, alokace a layout na haldě
• Na příští týden
  • (5b) Počítání slov
  • (5b) Četnosti slov

2. cvičení

• Klíčové aspekty řešení (obecně)
  • funkční (v rámci specifikace)
  • efektivní (v rámci použití)
  • hezké (udržitelné, rozšiřitelné, dokumentované)
• Čtení slov:
  • File.ReadAllText (nedostatečně oddělené kde jsou data a jak se data čtou)
• Kde jsou data:
  • File.OpenText nebo new StreamReader (případně Console.In, StringReader), jako TextReader (a jako protipól vztah mezi StreamWriter, StringWriter, Console.Out jako TextWriter)
• Jak se čtou?
  • ✖ ReadToEnd (problém s velkými soubory)
  • ✖ ReadLine (možný problém s dlouhými řádkami)
  • ✔ Read (po znacích; pozor že funkce vrací int)
  • rozdíl mezi rozdělováním slov (string.Split a varianta s StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries) a skládáním slov (string += char, resp. StringBuilder)
• Přístup více shora (bez technických detailů)
  • nějaký WordReader, co umí z TextReader tahat string jako slova
  • nějaký WordProcessor (WordCounter, WordFrequencyCounter), co umí vzít string jako slovo a zpracovat jej (a možná nějak zařídit výstup)
  • nějaká společná část (argumenty, chyby, propojení), demonstrované na LineCounter
• Zadání nových úloh Odstavcové počítání slov (a vstup) a Sčítat, či nesčítat (vstup a výstup)
• Doplňkové videozáznamy:
  • Testovací a datové soubory ve VS, Parametry příkazové řádky pro ladění/spouštění z VS, Launch profiles, Property/launchSettings.json
  • xUnit testovací framework, integrace s VS, vytváření projektů, project reference, psaní testů, integrační testy, Assert

3. cvičení

• Prodloužení deadline na Odstavcové počítání slov a Sčítat, či nesčítat
• Připomenutí interface jako specifikace kontraktu a slidy
• Kontrakt přímo ve formě typů (a rozdíl oproti python duck-typingu)
• Kontrakt pomocí výčtových typů (enum) (kontrakt, hodnoty)
• Diskuse nad možným objektovým návrhem prvních čtyř úloh
  • interface IWordReader a implementace WordReaderByLines, WordReaderByClass
  • interface IWordProcessor a implementace WordCounter, WordFrequencyCounter, ParagraphWordCounter, TableSummarizer
  • obálka co to spojí a využívá těchto rozhraní
  • Jaké metody má mít IWordReader, jaké mají mít návratové hodnoty, jaké parametry, kde číst slova?
  • Jaké metody má mít IWordProcessor, jaké mají mít návratové hodnoty, jaké parametry, kam vypisovat výstup?
  • string vs. string? vs. Token
• Na příští týden
  • (4+4 body) opravit své řešení úloh Odstavcové počítání slov a Sčítat, či nesčítat (pokud neprocházelo v ReCodExu)
  • (5+5 bodů) odevzdat integrační testy pomocí frameworku xUnit, nUnit nebo MSTest (alespoň 10 testovacích scénářů na úlohu)
  • (0+0 bodů) vylepšit své řešení úloh Odstavcové počítání slov a Sčítat, či nesčítat (bude se hodit na další úlohu)

4. cvičení

• Různé způsoby reprezentace rolí uživatelů v aplikaci
  • Pomocí implicitního Type a objektové hierarchie, s daty i bez dat
  • Pomocí výčtového typu (enum), příklad
  • Pomocí explicitní třídy Role, příklad
  • Pomocí složitější objektové hierarchie, příklad
  • Pomocí interfaces, příklad
  • Diskuse nad efektivitou, přehledností, využitím jednotlivých přístupů, kontrola za běhu, za překladu
• Implementace Token a TokenReader, návrhový vzor Decorator/Wrapper, ladící hlášky pomocí návrhového vzoru decorator
• Různé přístupy jak zkontrolovat, že je znak bílý a rozdíly v rychlosti
• ITokenProcessor co umí zpracovávat všechny druhy tokenů zní jako dobrý nápad, ale vede to na špatný návrh a krkolomnou implementaci
• Na příští týden: (8b) Zarovnání do bloku
  • +3 body za integrační testy odevzdané po řešení
  • +5 bodů za integrační testy odevzdané před řešením (a řešení pak rozumně prochází)

A z doplňkového videa

• různé alternativy refaktorování pomocí ChatGPT

Informace o zkoušce

Zkouška probíhá primárně písemnou formou, a v každé zkouškové písemce je kolem 6 až 8 otázek (některé obsahují podotázky). U každé otázky, případně podotázky, je dole uvedeno, jaký maximální počet bodů (=N) lze za správně odpovězenou otázku/podotázku získat: N bodů získáte v případě, že je odpověď na otázku správně; 0,5 * N bodu získáte, pokud odpověď není zcela kompletní, ale jinak je správná (tj. nějaká malá část odpovědi chybí nebo je nepřesná); v ostatních případech získáte 0 bodů (tj. pokud v odpovědi chybí větší část, nebo je odpověď na otázku plně nebo i jen z části nesprávná).

Celkem lze z každé písemky získat maximálně 10 bodů. Mapování získaných bodů na výslednou známku je následující:

Každá zkoušková písemka trvá 150 minut, tj. ideálně 20 minut na každou otázku + 30 minut bezpečnostní rezerva. Písemka bývá většinou opravena ještě ten den. Ve výjimečných případech může být student pozván vysvětlit některé odpovědi nebo odpovědět na doplňující otázky. Tahle nepovinná ústní část je většinou online formou, přes platformu Zoom. Základem hodnocení je ale vždy písemná část, tedy u otázky bez odpovědi nebo se špatnou odpovědí nelze ani po ústní části získat více než 0 bodů.

Níže jsou pro ilustraci uvedena zadání vybraných písemek z již proběhlých termínů:

• 13.1.2023 (PDF)
• 9.1.2023 (PDF)
• 16.1.2019 (PDF) [příloha zadání (dokumentace List<T>.RemoveAt)]
• 16.1.2018 (PDF) [příloha zadání (dokumentace List<T>.Insert)]
• 25.1.2017 (PDF)
• 1.2.2016 (PDF)
• 27.1.2016 (PDF)
• 20.1.2016 (PDF)

Doplňkové informace o zkoušce

Kromě informací uvedených ve slidech z první přednášky navíc pro zkoušky z NPRG035, NPRG038, a NPRG057 platí následující 2 body:

• Pokud někdo bude zapsán na nějakém z termínů zkoušky a na termín se nedostaví, bude mu tento termín v SISu označen jako propadlý (tj. student přijde o jeden pokus). Cílem tohoto opatření je optimalizace vytíženosti jednotlivých termínů, aby všichni studenti měli možnost přijít až na 3 termíny zkoušky.
• Pokud někdo na zkoušce získá známku 2 nebo 3 a bude si chtít svůj výsledek zlepšit, může explicitně na místě během vyhodnocení zkouškové písemky požádat zkoušejícího o nezapsání známky. Zkušební termín mu pak bude v SISu označen jako propadlý. Takový student může pak později
  • požádat o dodatečné zapsání získané známky, nebo
  • přijít na jiný termín zkoušky (jakýmkoliv výsledkem této “opravné” zkoušky se ovšem anuluje předchozí získaná známka).

Modelový příklad 1:

Student X získá na 1. termínu známku 2 a odmítne ji. Na 2. termínu získá známku 3 a odmítne ji. Na 3. termínu získá známku 1. Aktuální stav studenta X: 1. termín = propadlý, 2. termín = propadlý, 3. termín = 1, tj. student X zkoušku splnil s hodnocením 1.

Modelový příklad 2:

Student Y získá na 1. termínu známku 3 a odmítne ji. Na 2. termínu získá známku 4. Aktuální stav studenta Y: 1. termín = propadlý, 2. termín = 4, tj. pokud chce zkoušku splnit, musí student Y přijít na 3. termín. Pokud na 3. termínu opět získá známku 4, tak zkoušku nesplnil.

Modelový příklad 3:

Student Z se nedostaví na 1. termín, na 2. termínu získá známku 3 a odmítne ji, na 3. termínu získá známku 4. Aktuální stav studenta Z: 1. termín = propadlý, 2. termín = propadlý, 3. termín = 4, tj. student Z zkoušku nesplnil.

Informace o zápočtu

Pro získání zápočtu je nutné splnit tři podmínky:

1. Zápočtový test

Naprogramovat a odladit jeden jednoduchý příklad v časovém limitu 3 hodiny. Koná se během zkouškového období v počítačové laboratoři na lokálních počítačích. Celkem pět pokusu na splnění testu, maximálně však tři během zimního zkouškového období (další pak případně v letním termínu).

2. Zápočtový program

Termíny NPRG035 (zima) i NPRG038 (léto), NPRG057 (léto), NPRG064 (léto):

• Specifikace: 10. 7. 2026
• Předvedení finální plně funkční verze (včetně uživatelské a programátorské dokumentace):
  • 1. deadline: 7. 8. 2026
  • 2. deadline: 4. 9. 2026

Požadavky na program z NPRG035, NPRG064 (zdrojového kódu v jazyce C# ⇒ nevygenerovaný (ručně psaný) rozumný kód včetně rozumných komentářů):

• Předvedeno do 1. deadline: minimálně 30 kB zdrojového kódu v jazyce C#
• Předvedeno do 2. deadline: minimálně 45 kB zdrojového kódu v jazyce C#
• Předvedeno po 2. deadline: minimálně 60 kB zdrojového kódu v jazyce C#

Požadavky na program z NPRG038, NPRG057 (zdrojového kódu v jazyce C# ⇒ nevygenerovaný (ručně psaný) rozumný kód včetně rozumných komentářů + netriviální a rozumné použití některé z „technologií“ probíraných v NPRG038, resp. NPRG057 [více viz dané předměty]):

• Předvedeno do 1. deadline: minimálně 45 kB zdrojového kódu v jazyce C#
• Předvedeno do 2. deadline: minimálně 60 kB zdrojového kódu v jazyce C#
• Předvedeno po 2. deadline: minimálně 90 kB zdrojového kódu v jazyce C#

Poznámka: Každý zápočtový program, který splňuje požadavky NPRG038, resp. NPRG057, splňuje i požadavky NPRG035 (tj. lze odevzdat jeden program za oba předměty). Poznámka: rozumný/rozumné = na požádání posoudí cvičící

POZOR! Osobní předvedení je součástí odevzdání. Na předvádění si připravte nějakou formu prezentace, kde ukážete hlavní funkce programu + hlavní řešené problémy + nástin architektury.

3. Domácí úkoly

Na cvičeních se budou postupně zadávat domácí úkoly, za jejichž vyřešení obdržíte body. Povinnost vám bude uznána pokud získáte dostatečné množství bodů. Získání většího množství bodů vám může pomoct získat body i ke zkoušce dle tabulky níže. K uznání povinnosti je třeba získat alespoň 90b.

Všechny domácí úkoly postupně najdete v ReCodExu pro NPRG035. Tam je také řešte a odevzdávejte. POZOR: Na úkoly zadané na cvičení je standardní deadline 7 dní (tj. do začátku příštího cvičení)! POZOR: ReCodEx hodnotí pouze funkcionální požadavky vyplývající ze zadání. Nespecifikovanou součástí zadání jsou však i požadavky nad rámec samotné funkčnosti programu (např. návrh, dekompozice, testování, …).

Upozornění: Domácí úkoly jsou samostatnou prací, jejímž cílem je zhodnotit schopnost studenta samostatně vypracovat složitější program v jazyce C#. Pokud bude zjištěno, že některý student odevzdal cizí řešení (např. několik studentů odevzdalo různé instance stejného řešení některého domácího úkolu, apod.), bude to považováno za pokus o podvod. Všichni takoví studenti nesplní v tomto akademickém roce předmět NPRG035 a přicházejí o možnost uznání splněných povinností v roce příštím; případně bude disciplinární komisi UK MFF doporučeno jejich vyloučení ze studia!

Použití externích zdrojů pro řešení domácích úloh (StackOverflow, ChatGPT, …) je možné pouze způsobem vysvětleným na prvním cvičení a s dodáním odkazu na daný zdroj (StackOverflow odpověď, ChatGPT chat). Neuvedení zdroje, a tedy prezentování cizího kódu za svůj vlastní, se rovněž bere jako pokus o podvod, s výše uvedenými implikacemi.

Za nadstandardní množství bodů z úkolů je možné získat body ke zkoušce, a sice takto:

• min. 90 bodů = úroveň “I Can Win” → splněn jeden z požadavků na zápočet, konkrétně bod “povinnosti ze cvičení”
• min. 110 bodů → získání 1,25 silných bodů do zkoušky z NPRG035
• min. 130 bodů = úroveň “Hardcore” → získání dalších 0,75 silného bodu do zkoušky z NPRG035
• min. 160 bodů = úroveň “Nightmare!” → získání 0,5 slabého bodu do zkoušky z NPRG035
• min. 210 bodů = úroveň “Mission Impossible” → získání dalšího 0,5 slabého bodu do zkoušky z NPRG035
• min. 252 bodů = “božská úroveň” → na 1 rok propůjčen titul “bohyně veškerého Csharpistva” nebo titul “bůh veškerého Csharpistva”

Celkem lze tedy získat až 2 silné bonusové body a až 1 slabý bonusový bod do zkoušky z NPRG035 (hodnocení zkoušky viz slidy z první přednášky). Pozor — tyto silné bonusové body se budou započítávat pouze při 1. pokusu o složení zkoušky (tj. při svém 2. i 3. pokusu mají všichni 0 silných bonusových bodů). Nerozlišuje se z jakého důvodu student přichází na 2. nebo 3. termín (tj. zda např. odmítl známku na 1. termínu). Slabé bonusové body se budou započítávat při všech pokusech o složení zkoušky v daném roce, ale pozor: slabé bonusové body nedokáží prorazit bariéru mezi známkou 4 a známkou 3 (tj. pokud po přičtení silných bonusových bodů stále vychází známka 4, tak se slabé bonusové body do výsledku zkoušky nezapočítávají). Bonusové body se počítají pouze v tom roce, ve kterém na ně student získal nárok.

Poznámka: Virtuální cvičení jsou určena pro studenty, kteří nechtějí chodit na cvičení (např. protože minulý rok nestihli dodělat pouze zápočtový program, splnit zápočtový test, apod.).

Uznávání povinností z minulých let

Pokud jste tento předmět měli zapsaný loňský akademický rok a splnili jste pouze některé z povinností potřebných pro udělení zápočtu, může vám je po explicitním požádání (např. při předvádění zápočtového programu) uznat váš letošní cvičící (lze uznat domácí úkoly, zápočtový test, odevzdaný a schválený zápočtový program). Téma zápočtového programu (pokud ho ještě nemáte dokončený) nemusí být novým cvičícím uznáno. Pokud jste v loňském roce úspěšně složili zkoušku, ale nepodařilo se vám získat zápočet, lze opět po explicitním požádání požádat o uznání zkoušky. Toto je iniciativa vyučujících tohoto předmětu a nelze ji požadovat po studijním oddělení!