C/C++程序员Java基础

C/C++程序员Java基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:北京大学出版社
作者:王雷
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1997-01-01
价格:32.0
装帧:
isbn号码:9787301034811
丛书系列:
图书标签:
  • C/C++
  • Java
  • 编程入门
  • 基础语法
  • 面向对象
  • 跨语言
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  • 开发
  • 学习
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具体描述

《深入理解操作系统:从原理到实践》 图书简介 在当今高度依赖软件和信息技术的时代,操作系统作为计算机系统的核心支撑,其重要性不言而喻。本书《深入理解操作系统:从原理到实践》旨在为计算机科学、软件工程等相关专业的学生、初中级系统工程师以及所有对操作系统底层机制充满好奇的读者,提供一个全面、深入且注重实践的知识体系。 本书摒弃了仅停留在概念表面的描述,而是致力于揭示操作系统运行的内在逻辑和关键技术。我们相信,只有真正理解了“为什么”和“如何做”,才能在面对复杂系统问题时,游刃有余地设计、优化和调试程序。 第一部分:基础架构与启动 本部分将带领读者从宏观上建立起对操作系统的整体认知,并深入探讨系统启动的每一个关键步骤。 第一章:计算机系统基础回顾与操作系统概述 我们将首先快速回顾计算机硬件体系结构,包括CPU、内存、I/O设备的工作方式,为理解操作系统的介入点奠定基础。随后,引入操作系统的核心目标——资源管理与抽象层。重点解析了操作系统是如何通过提供虚拟化、并发性、持久性等关键抽象来简化应用程序开发的。我们将详细讨论操作系统的“内核态”与“用户态”的区别,以及系统调用(System Call)机制如何作为用户程序与内核交互的唯一安全通道。 第二章:引导过程与启动序列 操作系统是如何从一块“死寂”的硬件中“苏醒”过来的?本章将详尽解析从按下电源键到用户界面出现的整个引导过程。内容包括:BIOS/UEFI的初始化、Bootloader(如GRUB)的加载与执行、内核的解压与初始化、内存空间的划分与映射、以及第一个用户进程(如`init`或`systemd`)的创建。我们将通过分析实际的启动日志片段,帮助读者直观地理解这些底层代码的执行顺序和相互依赖关系。 第二部分:进程与线程管理 进程与线程是操作系统并发性的基石。本部分将深入探讨它们的存在形式、生命周期管理以及复杂的调度机制。 第三章:进程的生命周期与上下文切换 本章详细定义了进程(Process)的概念,包括其结构(如PCB——进程控制块)和资源映像。重点剖析了进程的各种状态(新建、就绪、运行、阻塞、终止)以及状态间的转换条件。核心内容是上下文切换(Context Switching):当CPU需要在不同进程间切换时,系统如何保存当前进程的状态(寄存器、程序计数器等)并恢复下一个进程的状态。我们将分析上下文切换的开销,并探讨现代CPU如何通过硬件支持来加速这一过程。 第四章:线程模型与并发编程基础 区分进程和线程是理解现代操作系统的关键。本章详细阐述了用户级线程与内核级线程的区别,以及它们在性能和隔离性上的权衡。我们将介绍多线程编程模型中的基本概念,如同步(Synchronization)和互斥(Mutual Exclusion)。此外,还会引入并发编程中的经典问题,如竞态条件(Race Condition)和死锁(Deadlock)。 第五章:高级调度算法与性能优化 本章专注于CPU调度器的工作原理。我们将系统地介绍各种调度算法:从最简单的先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF),到更符合实际需求的优先级调度、轮转法(Round Robin)。更重要的是,我们将深入探讨现代操作系统(如Linux的CFS或Windows的混合调度器)如何实现复杂的、面向性能的调度策略,包括时间片配额、优先级提升/降低、以及如何处理I/O密集型和CPU密集型进程的差异。 第三部分:内存管理:虚拟化与保护 内存管理是操作系统最复杂也最精妙的模块之一。本部分聚焦于如何通过虚拟内存技术,实现对物理内存的高效、安全和抽象化管理。 第六章:物理内存管理与分配策略 本章首先介绍了物理内存的组织形式,如连续内存分配和分页机制的硬件基础(页表)。随后,我们将深入研究内存分配器(如伙伴系统、slab分配器)的内部工作原理,分析它们如何平衡内存碎片化和分配速度。 第七章:虚拟内存与地址翻译 虚拟内存是操作系统提供给每个进程的“幻觉”。本章将详细解析地址翻译过程:从逻辑地址到线性地址,再到物理地址的转换。重点阐述多级页表结构如何映射整个虚拟地址空间,以及TLB(Translation Lookaside Buffer)在加速地址翻译中的关键作用。 第八章:页面置换算法与缺页中断处理 当进程需要的页面不在物理内存中时,就会触发缺页中断(Page Fault)。本章将分析操作系统如何响应这一中断,并执行页面置换策略。我们将详尽比较经典的置换算法(如OPT、FIFO、LRU、Clock算法),并探讨现代操作系统如何通过工作集模型和二级缓存感知算法来优化实际的页面置换行为。 第四部分:存储与文件系统 本部分探讨操作系统如何管理和组织持久化数据,以及如何提供高效、可靠的文件访问接口。 第九章:磁盘I/O与块设备管理 磁盘(HDD/SSD)是主要的慢速存储介质。本章分析了磁盘的物理结构、访问时序,并详细讨论了I/O调度器(如Elevator算法、Noop、Deadline调度器)如何优化对机械硬盘的读写请求序列,以减少寻道时间。对于固态硬盘(SSD),我们将探讨其独特的磨损均衡和写放大问题。 第十章:文件系统结构与实现 本章是文件系统技术的集中展示。内容涵盖文件系统的核心概念,如文件、目录、i-node(索引节点)、以及数据块的组织方式。我们将剖析几种典型文件系统(如FAT、Ext4、NTFS)的内部布局和元数据管理机制。 第十一章:日志与数据一致性 如何保证在系统崩溃后文件系统的数据完整性?本章重点介绍日志(Journaling)技术,包括写前日志(Write-Ahead Logging)的工作流程,以及它如何实现快速恢复和数据一致性保证。同时也会涉及CoW(Copy-on-Write)文件系统(如ZFS/Btrfs)的原理。 第五部分:I/O管理与设备驱动 本部分关注操作系统如何与外部设备高效通信。 第十二章:中断与设备驱动程序 中断是操作系统与硬件交互的基础机制。本章解释了硬件中断的产生、中断向量表的作用以及中断处理程序(ISR)的编写要求(如中断延迟的考量)。我们将剖析设备驱动程序在内核中的地位,以及它如何通过内存映射I/O和DMA(直接内存访问)与特定硬件进行通信。 第十三章:同步与并发的高级主题 本部分将深入讨论操作系统内核中复杂的同步原语及其应用。内容包括:信号量(Semaphores)、互斥锁(Mutex)、条件变量(Condition Variables)的底层实现原理。我们将解析如何利用这些工具来构建无死锁、高并发的内核组件,并探讨读写锁(RWLock)在不同负载下的性能表现。 附录:系统编程接口(System Programming Interfaces) 附录部分将提供基于主流操作系统的实践指导,重点关注POSIX标准下的系统调用接口,例如`fork()`、`execve()`、`mmap()`、`pipe()`和信号(Signals)的处理。这些内容将作为理论与实践之间的桥梁,帮助读者将所学的知识应用于实际的系统级程序开发中。 本书的结构设计遵循“由浅入深,理论与实践相结合”的原则。每一章都配有大量的示意图、伪代码和实际案例分析,确保读者不仅掌握了概念,更理解了这些概念在真实操作系统内核中的具体实现细节。阅读本书,您将能够构建起对现代计算机系统稳定运行的深刻洞察力。

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用户评价

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我通常不喜欢那些充满了过多框架介绍的书籍,因为框架更新迭代太快,今天学的明天可能就过时了。而这本书的强大之处恰恰在于,它专注于Java语言本身的核心机制和设计哲学,这些是稳定且不会轻易被淘汰的“内功心法”。例如,它对`hashCode()`和`equals()`方法的重写规则的强调,简直是教科书级别的。在C++中,我们更多关注的是运算符重载和对象比较,但在Java的集合框架(HashMap, HashSet)中,这两个方法的正确实现是数据结构正常工作的基石。书中不仅给出了规范,还通过反例展示了如果错误实现会导致哪些难以察觉的Bug,这种“栽跟头”式的教学案例非常有效。另一个让我印象深刻的部分是关于Java的字符串处理。对于习惯了C风格字符串和STL `std::string` 的人来说,Java的String对象不可变性(Immutability)是一个需要适应的概念。本书详细分析了字符串常量池(String Pool)的工作原理,并解释了为什么在特定情况下String的创建效率会高于StringBuilder,这背后涉及到的内存和性能权衡,对于追求代码质量的程序员来说,是必须掌握的细节。这本书没有试图让我成为一个Spring Boot专家,而是确保我能理解Java这门语言本身“为什么是这样设计的”,这才是面向资深程序员的真正价值所在。

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这本书拿到手里,首先映入眼帘的是那种厚重感,封面上“C/C++程序员Java基础”这几个字,一下子就抓住了我的眼球。我是一个在C++领域摸爬滚打了好几年的老兵,深知C++的强大与复杂,但随着业务转向和团队协作的需求,Java的生态圈是绕不开的坎。这本书的定位非常清晰,就是为我们这些有底层语言背景的人群设计的桥梁。我原本以为它会是那种枯燥的语法罗列,但翻开目录后发现,它花了大量的篇幅去对比C++和Java在内存管理、面向对象设计理念上的差异。特别是关于垃圾回收机制(GC)的深度解析,对于习惯了手动 `new` 和 `delete` 的我来说,简直是醍醐灌顶。书中对JVM的内存模型讲解得非常透彻,不是浮于表面的概念介绍,而是深入到堆、栈、方法区的具体结构和数据流向,这对于理解Java程序性能瓶颈至关重要。我特别欣赏作者在讲解多线程并发时,没有直接抛出 `synchronized` 和 `Lock`,而是先回顾了C++中的线程同步问题,然后引出Java的JUC包,这种循序渐进的教学方式,极大地降低了我的学习曲线。阅读过程中,我感觉自己不是在学习一门新语言,而是在升级我已有的编程思维框架。虽然有些章节涉及到的底层实现细节对我来说并不陌生,但能看到它们在Java世界中的对应和演变,这种“融会贯通”的感觉,是其他纯Java入门书无法给予的体验。这本书的价值,在于它真正懂得C/C++程序员的知识盲区和思维定势,并精准地提供了跨越鸿沟的阶梯,而不是把我当成一个完全的初学者来对待。

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在阅读过程中,我最大的感受是作者对“面向对象”这一概念在两种语言中的不同体现有着深刻的理解。我们C++开发者习惯了多重继承带来的复杂性和性能开销,对于Java那种“单一继承+接口”的模式,一开始总觉得有所限制。然而,这本书用清晰的图示和严密的逻辑,展示了Java接口如何通过实现多态性和契约性,在避免“菱形继承”问题的同时,仍然能实现高度灵活的组件化设计。特别是关于设计模式的讲解,作者没有停留在GoF的理论层面,而是直接将“工厂模式”、“策略模式”等与C++中的模板元编程或特定设计模式进行类比,告诉我“如果你在C++里是这么做的,那么在Java里,你应该用这种更优雅的方式来实现相同的目标”。这种“翻译”过程是至关重要的。此外,Java的泛型系统,相比C++的模板,在编译时检查和运行时的表现上有着显著差异。书中对“类型擦除”(Type Erasure)的解释,深入浅出,完美地解释了为什么我们在运行时无法直接获取泛型类型参数的真相,这对于编写需要进行反射操作的库代码是决定性的知识点。整本书的节奏把握得极好,该快则快,跳过我们早已熟悉的编程基础概念,在关键的、容易产生认知偏差的地方则放慢速度,进行细致的剖析,读起来一点也不拖沓,让人很有成就感。

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从排版和术语处理上来说,这本书也体现了对资深读者的尊重。它没有使用大量花哨的色彩或图表来分散注意力,而是采用了一种干净、严谨的黑白风格,内容密度很高,适合快速阅读和重点标记。当我处理到与C++标准库(STL)对应概念的部分时,例如Java的Stream API与C++的算法库的对比,作者采用了并列的结构,这使得我可以非常直观地将新知识点映射到已有的知识体系上,极大地加速了学习过程。比如,Stream API中的 `map`, `filter`, `reduce` 操作,虽然功能上与STL的算法有相似之处,但其函数式编程的范式在Java中得到了更纯粹的应用。书中关于Lambda表达式的讲解,也巧妙地避开了对函数式编程理论的过度纠缠,而是直接从C++11引入Lambda的痛点出发,展示Java如何通过更简洁的语法来实现相同的目标,并且保证了类型安全。总而言之,这本书不是一本“灌输式”的学习材料,更像是一本高级程序员之间的“技术交流备忘录”,它假设你已经拥有了扎实的计算机科学基础和良好的编程习惯,然后为你提供了最快、最有效率的路径去理解和驾驭Java这门语言的核心能力。阅读完后,我对于使用Java进行系统级开发,无论是性能调优还是架构设计,都充满了信心。

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说实话,我对市面上那些动辄号称“全栈精通”或者“从零开始构建企业级应用”的Java教材一直持保留态度,它们往往内容过于庞杂,深度往往顾此失彼,难以真正建立起扎实的内功。这本《C/C++程序员Java基础》却走了一条截然不同的路径,它极其克制地挑选了对C/C++背景开发者最有冲击力和学习价值的Java特性进行深挖。举个例子,书中对于“值传递”与“引用传递”的讨论,没有采用Java标准教材里那种简单地用“传递的是引用的副本”来敷衍了事,而是通过对比C++的传值和指针传递,清晰地阐述了Java对象引用背后的机制,这直接解决了我在早期使用Java时对对象修改的困惑。再者,书中对异常处理机制的讲解,也别具一格。它没有将`try-catch-finally`视为理所当然的语法糖,而是将其与C++中的RAII(Resource Acquisition Is Initialization)思想进行对比,解释了Java如何通过异常机制来保证资源释放的确定性,虽然实现机制不同,但内核的思想是相通的,这种对比极大地强化了我的系统设计能力。我发现自己不再仅仅是“调用”Java的API,而是开始思考这些API背后的设计哲学。这种哲学层面的对齐,远比记住一堆API的用法要宝贵得多。这本书的案例代码也都很精炼,没有冗余的UI代码或不相关的业务逻辑,每一个代码片段都是为了验证一个特定的语言特性或设计模式,非常适合有一定编程经验的人进行快速的吸收和内化。

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