План навчання: Курс C++ — Продовження (Статті 29–60+)

Цей документ є академічним планом розвитку навчального курсу C++ на платформі kostyl.dev. Він описує логічну структуру, тематичний зміст та педагогічні вимоги до кожної статті, яка має бути розроблена після існуючих 28 статей (до теми аргументів командного рядка включно). Стиль викладу — академічний, текстоцентричний («text-first»), з активним використанням компонентів Docus для інтерактивності.

Стан курсу на момент планування

Завершені статті (01–28)

Загальна структура нових модулів

Курс продовжується трьома великими блоками, що логічно виростають із вивченого:

Модуль A: Користувацькі типи даних
  └─ enum, enum class, typedef/using, struct, union

Модуль B: Об'єктно-орієнтоване програмування (ООП)
  └─ Класи, конструктори, деструктори, інкапсуляція,
     спадкування, поліморфізм, абстрактні класи

Модуль C: Стандартна бібліотека та сучасний C++
  └─ std::string, std::vector, std::array, std::map,
     std::optional, smart pointers, move semantics,
     шаблони класів, обробка виключень

Модуль A: Користувацькі типи даних (Статті 29–33)

Логіка модуля

Після опанування функцій, вказівників і лямбда-виразів студент може будувати складні алгоритми, але йому бракує засобів для семантично точного іменування станів і концепцій програми. Цей модуль заповнює прогалину: enum дає назви станам, struct — групує пов'язані дані, а union забезпечує роботу з варіантними даними за умов жорстких обмежень пам'яті.

Стаття 29 — Перерахування (enum)

Файл: 29.enum.mdОрієнтовний обсяг: 2 500–3 500 слів Залежності: 05.data-types-variables.md, 07.operators-type-conversion.md

Навчальні цілі

• Пояснити мотивацію появи перерахувань: проблема «магічних чисел».
• Навчити оголошувати та використовувати enum.
• Показати внутрішнє представлення (int), явне присвоєння значень.
• Пояснити обмеження «незахищених» (unscoped) перерахувань.
• Показати практичні патерни: коди помилок, стани стейт-машини.

Структура статті

1. Вступ і Hook: Сценарій функції readFile(), що повертає -1, -2, -3. Читач бачить код із «магічними числами» і питає: «Що означає -2?» Відповідь — перерахування.
2. Фундаментальні концепції
   • Визначення: що таке перелічуваний тип (enumerated type).
   • Синтаксис enum, ключове слово, тіло, крапка з комою.
   • Поняття «енумератор» (enumerator) — іменована константа всередині enum.
3. Механіка та внутрішнє представлення
   • Автоматичне присвоєння цілочисельних значень (з 0).
   • Явне присвоєння значень, від'ємні значення, повторювані значення.
   • Компілятор не перешкоджає дублюванню — чому це небезпечно.
   • Розмір enum в пам'яті (sizeof); зв'язок із int.
   • Компонент ::debugger-view для візуалізації значень.
   • Компонент ::memory-view для демонстрації байтів.
4. Неявні перетворення та обробка
   • Неявна конвертація enum → int (дозволена).
   • Заборона int → enum без static_cast.
   • Заборона введення через std::cin без tricks.
   • Виведення std::cout — числовий результат, функція printEnum.
5. Простір імен перерахувань (проблема)
   • Енумератори потрапляють у навколишній простір імен.
   • Конфлікт імен між двома enum в одному файлі.
   • Конвенція іменування PREFIX_VALUE як частковий обхідний шлях.
6. Практичні патерни
   • Коди повернення функцій замість магічних чисел.
   • Стани кінцевого автомата (стейт-машина гри).
   • Напрямки руху, сторони карти, режими роботи.
   • Компонент ::terminal-preview для демонстрації роботи програм.
7. Практика та резюме
   • Рівень 1: Оголосити enum Direction з чотирма сторонами; вивести їх значення.
   • Рівень 1: Виправити код із магічними числами за допомогою enum.
   • Рівень 2: Написати функцію getStatusMessage(ParseResult), що повертає рядок.
   • Рівень 2: Реалізувати простий стейт-автомат гравця (стоїть, іде, біжить).
   • Рівень 3: Реалізувати систему статусів HTTP (200, 404, 500) через enum із функцією виводу та обробки помилок.

Стаття 30 — Класи-перерахування (enum class)

Файл: 30.enum-class.mdОрієнтовний обсяг: 2 000–3 000 слів Залежності: 29.enum.md

Навчальні цілі

• Пояснити недоліки «незахищених» enum: витік у простір імен, неявна конвертація.
• Ввести enum class (scoped enumeration) як відповідь C++11.
• Показати синтаксис, область видимості, оператор ::.
• Розкрити суворі правила типізації: заборона неявних порівнянь різних enum.
• Навчити явної конвертації через static_cast.
• Показати задання базового типу (enum class X : uint8_t).

Структура статті

1. Вступ і Hook: Демонстрація «тихого» баґу — порівняння Fruit::LEMON == Color::PINK проходить компіляцію і повертає true. Чому? Обидва мають значення 0. Це реальна помилка, яку важко знайти. Рішення — enum class.
2. Фундаментальні концепції
   • Поняття «scoped» vs «unscoped» перерахування.
   • Синтаксис enum class (або enum struct — синоніми).
   • Оператор розширення імені (scope resolution operator ::) для доступу.
3. Суворі правила типізації
   • Неявна конвертація enum class → int заборонена.
   • Порівняння двох різних enum class заборонене.
   • Порівняння всередині одного enum class — дозволене.
   • Приклад помилки компіляції та її пояснення.
4. Явна конвертація
   • static_cast<int>(value) — коли і навіщо.
   • static_cast<MyEnum>(intVal) — небезпека, UB (Undefined Behavior).
   • Патерн безпечної конвертації через std::underlying_type_t.
5. Задання базового типу
   • Синтаксис enum class Direction : uint8_t { ... }.
   • Навіщо: економія пам'яті у вбудованих системах, мережеві протоколи.
   • sizeof порівняння.
6. enum class у switch-statement
   • Синтаксис switch(dir) із case Direction::North:.
   • Попередження компілятора про неповний switch.
   • Патерн з default та [[fallthrough]].
7. Порівняльна таблиця: enum vs enum class

   Властивість	enum	enum class
   Область видимості	Глобальна	Локальна
   Неявна конвертація в int	✅	❌
   Порівняння різних типів	✅ (баґ!)	❌ (захист)
   Задання базового типу	Частково	✅
   Рекомендованість у C++11+	❌	✅

8. Практика та резюме
   • Рівень 1: Переписати enum із попередньої статті на enum class; виправити звернення.
   • Рівень 1: Написати switch для виведення назви дня тижня.
   • Рівень 2: Реалізувати enum class Permission : uint8_t (Read/Write/Execute) та функцію перевірки прав доступу.
   • Рівень 3: Реалізувати міні-парсер HTTP відповідей: enum class HttpStatus : uint16_t з категоризацією (isSuccess(), isRedirect(), isError()).

Стаття 31 — Псевдоніми типів (typedef і using)

Файл: 31.type-aliases.mdОрієнтовний обсяг: 2 000–2 800 слів Залежності: 05.data-types-variables.md, 14.functions-overloading-templates.md

Навчальні цілі

• Пояснити призначення typedef: читабельність, підтримка, кросплатформність.
• Навчити синтаксису typedef oldType newName.
• Ввести using newName = oldType (C++11) як переважний синтаксис.
• Показати застосування для спрощення складних типів (вказівники на функції).
• Пояснити стандартні псевдоніми (int8_t, uint32_t тощо).

Структура статті

1. Вступ і Hook: Функція, що приймає std::vector<std::pair<std::string, int>> тричі в прототипі. Читач відчуває біль. Рішення — один псевдонім.
2. typedef: синтаксис та семантика
   • typedef double seconds_t; — базовий патерн.
   • Суфікс _t як конвенція.
   • typedef не створює новий тип, лише псевдонім.
   • Порядок: спочатку існуючий тип, потім нове ім'я.
3. Чотири причини використання typedef
   • Читабельність: testScore_t GradeTest() проти int GradeTest().
   • Підтримка: зміна базового типу в одному місці.
   • Кросплатформність: int8_t, int16_t, uint32_t з <cstdint>.
   • Спрощення: складні типи (std::map<std::string, std::vector<int>>).
4. typedef і вказівники на функції
   • Проблема: bool (*compare)(int, int) — незрозумілий синтаксис.
   • Рішення: typedef bool (*Comparator)(int, int);.
   • Зв'язок із попередньою статтею про вказівники на функції.
5. using — сучасний синтаксис (C++11)
   • using seconds_t = double; — еквівалент typedef.
   • Чому using кращий: читабельніший порядок (псевдонім = тип).
   • using для шаблонних псевдонімів (template aliases) — перевага перед typedef.
6. Стандартні типи з <cstdint>

   Тип	Розмір	Знак	Опис
   int8_t	8 біт	Зі знаком	Малий цілий
   uint8_t	8 біт	Без знаку	Байт
   int16_t	16 біт	Зі знаком	Короткий цілий
   uint32_t	32 біт	Без знаку	Натуральний
   int64_t	64 біт	Зі знаком	Великий цілий
   ptrdiff_t	—	Зі знаком	Різниця вказівників
   size_t	—	Без знаку	Розміри об'єктів

7. Поширені помилки та анти-патерни
   • Надмірне використання псевдонімів: коли це шкодить читабельності.
   • typedef в заголовковому файлі — правила включення.
   • typedef у глобальному просторі імен — ризики забруднення.
8. Практика та резюме
   • Рівень 1: Створити using Meters = double; using Seconds = double;; написати функцію швидкості.
   • Рівень 1: Замінити всі int у масиві ідентифікаторів на using StudentID = uint32_t.
   • Рівень 2: Спростити вказівник на функцію з попередніх статей через using.
   • Рівень 3: Розробити «шар абстракції платформи» — оголосити набір using-псевдонімів, що перемикаються за допомогою #ifdef між int32_t і int64_t.

Стаття 32 — Структури (struct)

Файл: 32.struct.mdОрієнтовний обсяг: 3 500–5 000 слів Залежності: 05.data-types-variables.md, 15.pointers-basics.md, 19.dynamic-memory.md

Навчальні цілі

• Пояснити потребу в агрегуванні даних: проблема «Координата з трьох змінних».
• Навчити оголошувати struct, ініціалізувати агрегатно.
• Пояснити доступ до членів (. та ->).
• Показати передачу структур у функції (за значенням vs за посиланням).
• Ввести поняття вкладених структур та масивів структур.
• Показати struct з методами (bridge до ООП).

Структура статті

1. Вступ і Hook: Студент реалізує студента через string name; int age; double gpa;. Три окремі змінні для одного поняття. Передати в функцію — три параметри. Масив студентів — три масиви. Рішення — struct.
2. Фундаментальні концепції
   • Визначення: структура як агрегатний тип даних (aggregate type).
   • Синтаксис оголошення struct, члени-дані (data members), крапка з комою після }.
   • Різниця між оголошенням типу і визначенням змінної.
3. Ініціалізація та агрегатна ініціалізація
   • Агрегатна ініціалізація: Student s = {"Alice", 20, 3.9}.
   • Ініціалізація за ім'ям члена (C++20 designated initializers): Student s = {.name = "Alice"}.
   • Значення за замовчуванням у членах (default member initializers).
   • Часткова ініціалізація — що отримує неініціалізований член.
4. Доступ до членів
   • Оператор . для об'єктів і посилань.
   • Оператор -> для вказівників (повторення з 22.member-access-operator.md).
   • ::debugger-view для візуалізації стану структури.
5. Структури та пам'ять
   • Розмір структури (sizeof) та вирівнювання (alignment, padding).
   • Візуалізація через ::memory-view.
   • __attribute__((packed)) — коли і чому небезпечно.
6. Передача у функції
   • Передача за значенням: копія, витрати на копіювання.
   • Передача за константним посиланням const Student&: рекомендований патерн.
   • Передача за вказівником: коли доречно.
   • Повернення структури з функції, NRVO (Named Return Value Optimization).
7. Масиви структур та вкладені структури
   • Student class_students[30]; — масив структур.
   • Вкладена структура: Address всередині Student.
   • Цикл for-each по масиву структур.
8. Структури з методами (перехідний місток до ООП)
   • Функція-член всередині struct (void print() const { ... }).
   • Структура з конструктором (попередній перегляд).
   • Різниця struct та class у C++ (лише за замовчуванням видимості).
9. Практика та резюме
   • Рівень 1: Оголосити struct Point3D {double x, y, z;}; написати функцію відстані.
   • Рівень 1: Ініціалізувати масив Color[8] та вивести таблицю RGB значень.
   • Рівень 2: Реалізувати struct Matrix2x2 з операціями множення.
   • Рівень 2: Написати struct LinkedListNode з вказівником на наступний вузол.
   • Рівень 3: Реалізувати систему обліку студентів: struct Student, struct Course, функції пошуку, сортування та виведення звіту.

Стаття 33 — Об'єднання (union)

Файл: 33.union.mdОрієнтовний обсяг: 2 000–2 800 слів Залежності: 32.struct.md, 05.data-types-variables.md

Навчальні цілі

• Пояснити семантику union: один блок пам'яті, кілька інтерпретацій.
• Показати, коли union корисний: мережеві пакети, варіантні типи, рендерери.
• Пояснити UB при зчитуванні не-активного члена.
• Ввести std::variant (C++17) як безпечну альтернативу.

Структура статті

1. Вступ і Hook: Уявімо сенсор, що може повертати або float, або статус uint32_t. Як зберегти обидва варіанти без зайвих байтів?
2. Фундаментальні концепції
   • Синтаксис union, розмір дорівнює розміру найбільшого члена.
   • Активний член (active member): зміна одного членa змінює інтерпретацію пам'яті.
   • ::memory-view для демонстрації перекриття байтів.
3. Практичні застосування
   • Мережеві пакети: доступ до байтів uint32_t IP адреса як uint8_t[4].
   • Floating-point хаки: читання бітів float через uint32_t.
   • Анонімні union у структурах.
4. Undefined Behavior та правила
   • Зчитування не-активного члена: UB у C++, але «common initial sequence» виключення.
   • union з нетривіальними типами (конструктор/деструктор) — складнощі.
5. std::variant як сучасна альтернатива
   • Синтаксис std::variant<int, float, std::string>.
   • std::get<> та std::visit.
   • Чому перевагу надають variant у сучасному коді.
6. Практика та резюме
   • Рівень 1: Оголосити union Data з int i, float f; вивести їх байтові представлення.
   • Рівень 2: Реалізувати union IPv4 для зберігання IP-адреси як числа та байтів.
   • Рівень 3: Реалізувати std::variant-based систему повідомлень для простого сокет-протоколу.