C入門與網路程式設計第二版. pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:松崗(文魁)

作者:賈蓉生

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:20040501

价格:NT$ 490

装帧:

isbn号码:9789861251035

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 编程入门
• 网络编程
• 第二版
• 计算机科学
• 程序设计
• 算法
• 数据结构
• 实践教程
• 代码示例

好的，这是一本关于高级数据结构与算法优化的图书简介，旨在为计算机科学专业的高年级学生、研究生以及资深软件工程师提供深入的理论指导和前沿的实践应用。 --- 《算法炼金术：从理论到极致性能的现代数据结构设计与优化》 书籍导言：跨越效率的鸿沟 在信息爆炸的时代，仅仅“能跑起来”的代码已远远不能满足现代计算的需求。从超大规模数据处理到实时决策系统，性能的瓶颈往往深植于我们所选择和实现的数据结构之中。本书《算法炼金术》并非停留在对经典数据结构（如链表、树、图）的标准教科书式描述，而是将目光投向了下一代性能需求和前沿的计算范式。 我们假设读者已经掌握了离散数学基础、基础的算法复杂度分析（$O$ 记号）以及至少一门主流编程语言（如 C++、Java 或 Rust）的熟练运用。本书的核心目标是：将读者的算法思维从“能实现”提升到“能优化至理论最优”的层次，并能在实际的硬件限制下，实现接近极致的运行效率。 全书内容围绕三大核心支柱构建：内存层级优化、并发与分布式结构、特定领域的高效映射。 --- 第一部分：内存层级下的数据结构重构 现代计算机的性能瓶颈已不再是CPU时钟频率，而是内存延迟和缓存未命中率。本部分深入剖析了现代CPU缓存（L1, L2, L3）的运作机制，并基于此重新设计传统结构。 第一章：缓存感知编程范式 (Cache-Aware Programming) 内存访问模式的量化分析： 如何使用硬件性能计数器（如 `perf` 工具）精确测量数据局部性和跳跃性。 剧透与预取： 探讨软件预取指令的应用场景，以及如何通过数据布局的调整来最大化硬件自动预取器的效率。 数据结构对齐与填充： 深入研究结构体对齐规则，并介绍如何通过结构体压缩技术（Structure of Arrays vs. Array of Structures）来优化缓存行利用率。 第二章：B 树家族的深度演化 超越标准的 B 树和 B+ 树，我们聚焦于它们在磁盘I/O和SSD环境中的极限优化。 LSM 树 (Log-Structured Merge-Tree)： 详尽解析 LSM 树的结构（MemTable, SSTable, Compaction 策略）。重点讨论不同 Compaction 策略（如 Size-Tiered, Leveled）对写入放大 (Write Amplification) 和读取性能的影响。 写时复制 (Copy-on-Write) 结构的性能权衡： 在实现持久化数据结构（如某些键值存储的底层）时，如何平衡快照的效率与内存管理的开销。 第三章：融合内存与缓存的哈希技术 标准哈希表在缓存未命中时性能会急剧下降。本章探讨如何将哈希结构嵌入到缓存友好的布局中。 Cuckoo Hashing 的现代实现： 探讨其在处理冲突时的固定探测次数优势，以及如何优化其“Cuckoo 步”的内存访问模式。 Robin Hood Hashing： 深入分析其如何通过最小化“偏离距离”来平衡探针序列，从而在平均情况下提供更优的缓存局部性。 Minimal Perfect Hashing (MPH)： 介绍用于只读数据集的高速查找方案，并探讨如何利用图论算法（如双重哈希）来构建无冲突的映射。 --- 第二部分：并行、并发与分布式结构 在多核与分布式环境中，同步和一致性成了数据结构设计的新难题。本部分着重介绍非阻塞（Non-Blocking）算法和分布式一致性模型下的数据存储。 第四章：无锁（Lock-Free）数据结构设计 理解并安全地使用原子操作（CAS, Fetch-and-Add）是构建高性能并发结构的基础。 基于 CAS 的并发队列与栈： 实现 Michael & Scott 队列和 Treiber 栈，重点分析 ABA 问题的规避策略和内存屏障 (Memory Barriers) 的必要性。 并发搜索树的挑战： 探讨 Read-Copy-Update (RCU) 机制在平衡读写性能上的应用，以及如何实现高效的乐观并发 B 树。 第五章：并发跳表与集合 跳表（Skip List）因其 $O(log n)$ 的平均性能和易于并行化的特性，在并发场景中愈发重要。 Lock-Free Skip List 的实现细节： 探讨如何利用随机化和版本号机制，在不加锁的情况下安全地进行插入和删除操作。 基于多版本并发控制 (MVCC) 的结构： 如何设计支持事务隔离级别的并发集合结构，重点分析时间戳分配和垃圾回收策略。 第六章：分布式一致性下的数据抽象 将数据结构的概念扩展到集群环境，处理网络延迟和节点故障。 CRDTs (Conflict-free Replicated Data Types)： 深入分析基于偏序集的 CRDT 理论，并提供 LWW-Register, G-Counter 等几种核心 CRDT 类型的精确实现和收敛性证明。 Raft/Paxos 状态机视角下的结构： 讨论如何将日志结构（如 Append-Only Log）作为基础，构建分布式一致的 Map 或 Set。 --- 第三部分：特定领域的高效映射与近似算法 对于某些计算密集型或需要处理海量流数据的任务，精确性必须让位于速度。本部分关注概率性数据结构和高度优化的空间索引。 第七章：流数据处理与概率性数据结构 在内存受限或数据量巨大的流式场景下，近似算法成为必需品。 Bloom Filter 的高级应用与改进： 不仅限于成员测试，探讨其在分布式缓存签名、网络入侵检测中的应用，并介绍 Counting Bloom Filter 和 Scalable Bloom Filter。 HyperLogLog (HLL) 及其变种： 深入解析 HLL 算法的基数估计原理，及其在大规模日志分析中对内存资源的极致节省。 Count-Min Sketch (CMS)： 探讨如何使用二维数组结构来估计流中元素的频率，并分析其误差界限。 第八章：几何与空间索引的高级结构 处理地理信息系统（GIS）和多维数据查询的效率优化。 R-Tree 及其变体 (R-Tree, Quadtree)： 聚焦于数据块的最小边界矩形（MBR）优化，以及如何平衡树的深度以适应磁盘 I/O。 空间填充曲线： 介绍 Z 阶曲线（Morton Code）和 Hilbert 曲线，讨论如何将高维空间查询转换为一维范围查询，从而利用缓存友好的 B 树结构。 第九章：图算法的性能瓶颈与加速 图结构在社交网络、推荐系统中的重要性日益凸显，本章关注于大规模图计算的优化。 内存布局优化： 对比邻接矩阵、邻接表和压缩稀疏行 (CSR) 格式，分析哪种格式在特定图算法（如 BFS, PageRank）中具有最佳的缓存命中率。 GPU 加速的图算法： 介绍 CUDA/OpenCL 编程模型下，如何将图遍历和矩阵乘法映射到大规模并行硬件上，例如 SSSP (Single-Source Shortest Path) 在 GPU 上的实现策略。 --- 结语：实践与挑战 本书最后部分将探讨前沿研究课题，例如异构内存系统（如 HBM, Persistent Memory）对现有数据结构设计的冲击，以及如何利用机器学习辅助的运行时调度来动态选择最优的数据结构实现。 《算法炼金术》要求读者具备扎实的理论基础和强烈的工程实践精神，目标是培养能够设计、分析并实现下一代高性能计算基础设施的顶尖工程师和研究人员。它不是一本入门读物，而是通往算法设计最高境界的进阶指南。

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这本《C入門與網路程式設計第二版》的出版，对我这个半路出家、想要深入了解底层机制的程序员来说，简直就是久旱逢甘霖。我之前主要在应用层摸爬滚打，对C语言的认识停留在能写个简单脚本的层面，更别提网络编程那些复杂的协议栈了。这本书的开篇，没有过多纠缠那些过于学术化的计算机科学理论，而是直接将读者带入了C语言的核心——指针与内存管理。作者的讲解方式非常注重“动手实践”，每一个概念的引入都紧跟着一个清晰的代码示例，让我这种“手脑并用型”的学习者能立刻感受到知识落地的踏实感。尤其是在讲解动态内存分配和结构体指针时，那种步步为营、层层递进的节奏把握得极佳，不再是那种干巴巴的语法罗列，而是真正让你理解“为什么”要这么写。很多旧教材会忽略现代C标准的新特性，但这本书显然紧跟时代，对C11、C18中的一些实用改进也进行了介绍，这对于我们希望写出更健壮、更符合现代编程范式的代码来说，无疑是巨大的加分项。它不仅仅是教会你“怎么做”，更重要的是培养了一种“如何思考系统底层”的编程思维，读完前几章，我感觉自己对程序的运行机制有了全新的理解，仿佛拨开了应用层代码的迷雾，直视到了CPU在执行指令时的真实面貌。对于想从脚本语言跳跃到系统级编程的同行来说，这本教材提供的基础稳固程度，绝对是市面上少有的。

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作为一名资深的嵌入式开发者，我时常需要处理资源受限环境下的代码优化问题，而C语言的“裸机”特性是实现这种优化的基石。这本书的价值，在于它对于“效率”二字的执着追求。在讲解完基础的C语法和数据结构后，作者并没有止步于此，而是紧接着深入到编译器优化和底层性能分析。我尤其关注了书中关于内存对齐、缓存友好性设计以及函数调用栈的分析章节。这些内容在很多“入门”级别的教材中是绝对不会触及的，因为它们要求作者对汇编语言和现代CPU架构有深刻的理解。书中对`volatile`关键字的深入剖析，更是解开了我在多线程环境下的几个长期困惑。它教会我如何正确地处理硬件寄存器访问，如何编写出真正意义上的并发安全代码，而不是依赖于操作系统或编译器提供的“默认行为”。这本书的“第二版”确实名副其实，它吸收了近年来硬件发展带来的新挑战，例如对原子操作（Atomic Operations）的介绍，这对于编写无锁数据结构至关重要。对于追求极致性能、对程序执行效率有着苛刻要求的工程师来说，这本书提供的是一套实用的工具箱，里面装的都是打磨过的、锋利的“利器”。

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我对网络编程的理解一直停留在使用高级封装库的阶段，比如用Python的`requests`库做爬虫，或者用Java的Socket类进行简单的TCP/UDP通信，但从未真正深入探究过`socket` API的底层细节以及TCP/IP协议族的实际交互过程。这本书的后半部分，完全改变了我的看法。作者没有满足于仅仅介绍API函数的用法，而是将网络通信的过程分解成了多个逻辑层次，从MAC地址的解析到IP路由的选择，再到TCP的三次握手与四次挥手，每一步都配上了详尽的协议栈结构图和对应的C语言实现片段。我特别欣赏作者在讲解TCP拥塞控制算法和超时重传机制时的那份耐心，他用一种近乎讲故事的方式，将那些复杂的数学模型和状态机转换，用易于理解的代码逻辑展现了出来。举个例子，书中关于非阻塞I/O和`select`/`poll`/`epoll`模型的对比分析，简直是教科书级别的！我对比了其他几本网络编程的书籍，它们要么过于偏重理论公式，要么就是只罗列API，唯独这本书，能将理论、协议和实际的Linux系统调用完美地融合在一起，让读者在写出第一个能处理并发连接的服务器程序时，心中有数，而不是盲目地复制粘贴。这本书提供的不仅仅是知识，更是一种构建高性能网络服务架构的思维框架。

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说实话，我过去对C语言的学习过程总是伴随着大量的“为什么会崩溃”和“为什么会出错”的调试过程，缺乏一个系统化的错误处理和调试心法。这本书在故障排除和程序健壮性方面的讲解，给了我极大的启发。作者并没有把错误处理视为一种“附加功能”，而是将其融入到编程流程的每一个环节中。从`malloc`失败后的返回值检查，到使用`errno`进行系统调用错误的精确捕获，再到使用GDB进行复杂多线程死锁的定位技巧，内容覆盖面非常广且深入。我曾为定位一个复杂的内存泄漏问题焦头烂额，但书中提供的Valgrind工具链的使用指南，配合特定的代码模式分析，让我茅塞顿开。更令人赞赏的是，它强调了“契约式编程”的思想，即如何通过清晰的API文档和输入校验，从源头上减少不可预见的错误。这种从宏观的设计哲学到微观的调试技巧的全面覆盖，使得这本书的实用价值远超一本单纯的编程手册。它教会我如何像一个资深的系统工程师一样思考程序的生命周期，而不仅仅是完成一个功能的实现。

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我对比了市面上其他几本号称“权威”的C语言书籍，它们很多都停留在ANSI C或者早期的标准，对于现代操作系统环境下（如Linux、Windows）的编程实践指导略显不足。而《C入門與網路程式設計第二版》的独特之处，在于其对“网络编程”这一主题的深度整合，使其成为了一本横跨系统底层和应用交互的综合性教材。它没有把网络编程视为一个独立的模块，而是将其视为C语言能力在实际工程中的终极体现。书中对`select`模型的讲解，让我彻底理解了为什么在C语言的网络服务中，异步I/O的设计模式是如此关键。此外，书中对网络安全基础的提及，比如简单的缓冲区溢出预防技巧，也体现了作者对当前安全形势的关注。对于希望构建高性能、高可靠性服务的开发者来说，这本书提供的是一条清晰的学习路径：先夯实C语言基础，再利用这些基础去驾驭复杂的网络协议栈。它的内容结构非常适合作为大学计算机专业高年级课程的教材，或者作为有经验的程序员进行专业技能升级的参考书，其广度与深度达到了一个非常令人信服的平衡点。

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