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出版者:中国水利水电出版社

作者:雷顺加 刘吉成

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1999-05-01

价格:26.0

装帧:

isbn号码:9787508400075

丛书系列:

图书标签:

• 计算机等级考试
• 一级
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• 基础知识
• 考试指南
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• 办公软件
• 技能提升

编程与算法的深度探索：软件开发进阶指南 图书名称： 编程与算法的深度探索：软件开发进阶指南 图书定位： 本书面向已经掌握基础编程概念和至少一门主流编程语言（如Python、Java或C++）的开发者，旨在系统性地深化其对计算机科学核心理论的理解，并将其应用于解决复杂工程问题。它超越了初级教程的范畴，深入探讨支撑现代软件系统的底层逻辑与高效实现方法。 目标读者： 具备至少一年实际编程经验的初中级软件工程师、计算机科学专业高年级学生，以及希望系统性弥补理论短板的自学者。 --- 第一部分：底层架构与系统级理解 本部分将带领读者深入操作系统、计算机体系结构和编译原理的交汇点，构建一个对代码如何在硬件上运行的全面认知。 第一章：高级计算机体系结构与性能优化 超越冯·诺依曼模型： 探讨现代处理器设计，包括流水线、超标量执行、分支预测机制及其对程序执行时间的影响。 内存层级结构精讲： 详细剖析寄存器、L1/L2/L3缓存、主存（DRAM）的工作原理、缓存一致性协议（如MESI）以及如何通过代码优化减少缓存未命中率。 I/O系统与中断处理： DMA（直接内存访问）、中断控制器的工作流程，以及异步I/O模型（如epoll, aio）在高性能网络服务中的应用。 并行性基础： SIMD指令集（如SSE/AVX）的应用，理解向量化如何加速特定类型的计算任务。 第二章：现代操作系统核心机制 进程与线程的精确控制： 深入讲解内核如何管理上下文切换、调度算法（如CFS、实时调度）的权衡。 内存管理进阶： 虚拟内存、分页、分段机制的实现细节。探讨内存泄漏检测、内存分配器（如jemalloc, tcmalloc）的设计思想与性能差异。 并发控制与同步原语的陷阱： 深入分析互斥锁、信号量、条件变量、读写锁的正确及错误用法。重点讲解死锁的检测与预防策略，以及无锁数据结构的设计原理。 文件系统剖析： 讨论日志型文件系统（如ext4, ZFS）的数据完整性保障机制，以及数据块分配与元数据操作的性能考量。 第三章：编译器与链接器的工作流 词法分析与语法分析的工程实现： 使用LALR或LL(k)算法的实践案例，理解AST（抽象语法树）的构建。 中间表示（IR）的优化阶段： 探讨常量折叠、循环展开、死代码消除等经典优化技术如何在IR层面实现。 目标代码生成与平台特定优化： 分析寄存器分配的复杂性，以及如何利用目标机器的特性生成高效汇编代码。 链接过程详解： 静态链接与动态链接的差异，重定位表、符号解析的过程，以及Position-Independent Code (PIC)的生成。 --- 第二部分：算法的深度应用与复杂度分析 本部分侧重于从理论走向实践，探讨处理大规模数据和复杂逻辑时，如何选择并优化正确的算法范式。 第四章：高级图论算法与网络流 非平面图与特殊图结构： 深入最小生成树（MST）的变体应用，如Kruskal算法在分布式计算中的扩展。 最短路径的复杂情形： Bellman-Ford算法的局限性分析，以及适用于稀疏图和高精度需求的A算法优化。 最大流与最小割： Edmonds-Karp、Dinic算法的原理与性能对比。重点讲解网络流在二分图匹配、资源分配问题中的建模技巧。 连通性与网络可靠性： 强连通分量（SCC）的应用，以及如何利用割集分析网络瓶颈。 第五章：动态规划与组合优化 区间DP与树形DP： 突破一维线性状态的限制，处理区间重叠子问题和树状结构上的最优解搜索。 状态压缩与指标DP： 讲解如何使用位掩码（Bitmask）来表示有限集合的状态，解决旅行商问题（TSP）的近似解或精确解。 背包问题的泛化： 多维背包、有界/无界背包的精确求解与近似算法选择。 动态规划的性能瓶颈与记忆化搜索的工程化： 如何有效地管理DP表，避免不必要的递归深度和内存开销。 第六章：数据结构的工程化实践 平衡搜索树的深入剖析： B-树、B+树在数据库索引中的核心地位。红黑树的旋转与再平衡操作的细节实现。 散列表（Hash Table）的极限性能： 深入分析完美哈希、Cuckoo Hashing等技术，以应对恶意的输入和极高的负载因子。 Trie树与字符串处理： 结合Aho-Corasick算法进行高效多模式匹配。 堆与优先队列的高级应用： Fibonacci堆的理论优势与实际应用中的挑战，斐波那契堆在Dijkstra算法优化中的潜力。 --- 第三部分：高效编程范式与软件工程实践 本部分关注如何将理论知识转化为健壮、可维护且性能卓越的工程代码。 第七章：函数式编程思想在命令式语言中的融合 不可变性与副作用控制： 探讨如何在Java/Python等语言中模拟函数式特性，提升代码的可预测性。 高阶函数与闭包的深入运用： 链式调用、延迟计算（Lazy Evaluation）的实现模式。 Monad模式的抽象思维： 理解IO Monad、Maybe Monad在错误处理和副作用管理中的哲学意义。 第八章：性能分析、调试与基准测试 系统级性能分析工具链： 熟练使用`perf`、`gprof`、Valgrind等工具进行CPU热点分析、内存访问模式检测和锁竞争分析。 微基准测试（Micro-benchmarking）的陷阱： 如何设计科学的基准测试，避免JIT编译器的干扰和系统噪声的影响。 内存访问模式优化： 结构体对齐（Padding）、数据布局（SoA vs. AoS）对缓存友好的重要性。 调试复杂并发问题的策略： 使用线程转储（Thread Dumps）和内存快照进行事后分析。 第九章：分布式系统中的理论挑战 一致性模型详解： 从线性一致性到最终一致性，CAP理论的实际解读与权衡。 共识算法的实践： Paxos和Raft算法的核心流程、Leader选举机制的鲁棒性设计。 时钟同步与因果关系： 逻辑时钟（Lamport Clocks）、向量时钟在确定操作顺序中的作用。 总结与展望 本书旨在构建一个从硬件到高层抽象的知识体系。掌握这些知识后，读者将不仅能编写出“能跑”的代码，更能构建出在资源受限环境下依然能保持高性能和高稳定性的复杂软件系统。深入理解这些基础理论，是迈向资深架构师的必经之路。

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