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出版者:Academic Press Inc

作者:Robert J. Traister

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1990

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780126974089

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 指针
• 编程
• 计算机科学
• 技术
• 开发
• 内存管理
• 数据结构
• 算法
• 进阶

深入 C 语言的内存奥秘与程序控制：《C 语言高级编程实践指南》 这是一本致力于挖掘 C 语言底层机制，并以实战驱动的方式提升程序员对内存管理、系统调用、并发编程及性能优化的深度理解的专著。它并非一本零基础入门手册，而是面向已经掌握 C 语言基础语法，渴望突破瓶颈，达到“熟练”到“精通”级别开发的工程师们量身打造的进阶宝典。 本书摒弃了对基础数据类型和简单函数调用的冗余描述，而是将焦点集中在 C 语言生态系统中那些决定程序健壮性、效率和安全性的核心概念之上。我们的目标是让你不仅能写出能跑的代码，更能写出高效、可维护、能抵抗复杂环境挑战的系统级代码。 --- 第一部分：内存架构的深度剖析与掌控 本部分将带你穿透 C 语言代码的表面，直达计算机内存的真实结构。我们将详细阐述现代处理器如何管理数据，以及 C 语言如何与这些底层机制交互。 1. 内存布局与数据对齐的艺术： 栈（Stack）与堆（Heap）的真实工作原理： 不仅仅是分配和释放。我们将深入探讨函数调用栈帧（Stack Frame）的构建、寄存器在函数序言/尾声中的作用，以及堆管理器（如 `malloc`/`free` 的内部实现，包括陷阱（Traps）和内存碎片问题）。 结构体与联合体的精妙布局： 详细分析编译器如何根据目标架构进行数据对齐（Alignment）和填充（Padding）。理解这些规则不仅是优化内存访问速度的关键，也是进行跨平台数据序列化（Serialization）的基础。我们将展示如何通过精心设计结构体布局，实现极致的内存紧凑性。 段的理解：Text, Data, BSS 区： 深入理解程序加载后，代码段、已初始化数据段和未初始化数据段在虚拟内存空间中的具体映射和读写权限设置。 2. 虚拟内存与地址转换： 虚拟地址到物理地址的旅程： 探讨 MMU（内存管理单元）的角色，页表（Page Tables）的结构，以及缓存（Cache）对内存访问延迟的巨大影响。理解 TLB（Translation Lookaside Buffer）的重要性。 内存保护与访问权限： 如何通过操作系统接口（如 `mmap` 或特定平台 API）来控制内存区域的读、写、执行权限，这是实现沙箱和安全隔离的基础。 --- 第二部分：高级数据结构与抽象：超越基础数组 本部分聚焦于如何使用 C 语言的原始工具（指针、结构体）来构建复杂、高效且具备动态适应性的数据结构，这是构建操作系统、数据库和高性能网络服务的基石。 1. 高效的链式结构实现： 自引用结构与多向链表： 深入实现双向链表、循环链表，并探讨如何通过巧妙的结构体设计（例如，将数据项与链接结构分离，或使用“哨兵节点”/Dummy Nodes）来简化边界条件的判断和操作的原子性。 红黑树与跳跃表的 C 语言实现： 剖析这些复杂平衡树在 C 语言中的手动内存管理挑战，重点讲解旋转操作的精确实现，以及如何使用标记位（Flags）来辅助维护树的平衡属性。 2. 内存池与自定义分配器： 为什么标准 `malloc` 不够快？ 分析标准库分配器在高并发或特定访问模式下的性能瓶颈。 构建 Slab 分配器（Slab Allocator）： 从零开始设计一个针对特定大小对象优化的内存池。详细讲解空闲列表（Free Lists）的管理、对象的初始化和销毁，以及如何实现高效的无锁或轻量级锁保护的分配/释放操作。 --- 第三部分：系统级编程与操作系统交互 C 语言的强大之处在于它能直接与操作系统内核进行对话。本部分将引导读者掌握如何利用系统调用和标准库的底层接口来编写高性能的系统工具。 1. 文件系统与 I/O 深度优化： 零拷贝（Zero-Copy）技术： 探讨 `sendfile()` 等系统调用的原理，如何绕过用户空间缓冲区，直接在内核空间完成数据传输，尤其在网络服务中实现高吞吐量。 异步 I/O (AIO) 与事件驱动模型： 介绍 `epoll` (Linux) 或 `kqueue` (BSD/macOS) 的机制，如何构建一个能够同时高效处理成千上万个并发连接的网络服务器框架（Reactor 模式的 C 语言实现）。 2. 进程间通信（IPC）的策略： 共享内存的同步与互斥： 详细讲解信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）和条件变量（Condition Variables）在共享内存环境下的正确用法，重点分析死锁（Deadlock）的预防和检测。 管道、消息队列与套接字： 对比不同 IPC 机制的性能特征和适用场景，并给出使用标准 C 库（如 POSIX API）进行安全、可靠通信的范例。 --- 第四部分：并发、并行与线程安全 现代应用无不依赖多核处理器的并行能力。本部分是关于如何利用 C 语言提供的线程 API 来构建正确、高效且无竞态条件的并发程序。 1. 线程模型与原子操作： pthreads 详解与陷阱： 不仅是创建和销毁线程，更深入讲解线程局部存储（TLS/`__thread` 关键字）的应用，以及线程同步原语的底层语义。 内存屏障（Memory Barriers）与 C11/C23 原子操作： 解释现代 CPU 的乱序执行（Out-of-Order Execution）如何破坏并发代码的逻辑。如何利用编译器提供的原子函数（如 GCC/Clang 的内置函数）或 C11 标准的 `` 来保证操作的可见性和顺序性，避免需要重量级锁的场景。 2. 编写无锁（Lock-Free）数据结构： CAS (Compare-And-Swap) 的魔力： 介绍如何利用硬件提供的原子指令（如 GCC 的 `__sync_bool_compare_and_swap`）来实现高效的无锁队列和堆栈。 ABA 问题的深度讨论： 深入剖析 ABA 问题的成因，并提供基于版本计数器（Tagging）的解决方案，这是实现真正健壮的无锁算法的关键。 --- 第五部分：代码质量、调试与性能工程 即使代码逻辑正确，如果运行缓慢或难以维护，其价值也会大打折扣。本部分提供实用的工程化技巧。 1. 健壮性：防御性编程与断言： 边界条件与错误处理的艺术： 强调返回错误码、设置 `errno` 的规范性，以及如何在用户空间高效地处理系统调用失败。 编译时检查与元编程： 利用 `_Generic` 选择器（C11）和宏技巧，实现模板化的代码，同时保证类型安全。 2. 高级调试与性能分析： Valgrind 与 AddressSanitizer (ASan) 的实战应用： 学习如何使用这些工具快速定位内存泄漏、越界访问和未定义行为。 性能剖析（Profiling）： 使用 `perf` 或 Gprof 来识别程序的热点（Hot Spots）。我们将重点讲解如何解读火焰图（Flame Graphs），并基于分析结果，指导程序员进行指针友好（Pointer-Friendly）的代码重构以提升缓存命中率。 内联函数、编译优化级别（-O）与函数过程间分析（IPO）： 探讨不同编译选项对最终生成代码性能的决定性影响，以及如何利用属性（Attributes）指导编译器做出最佳优化决策。 《C 语言高级编程实践指南》 承诺提供的是对 C 语言设计哲学最深刻的理解，它不仅仅是知识的堆砌，更是将这些知识转化为构建下一代高性能、高可靠性系统的蓝图。阅读此书后，你将不再畏惧底层代码的复杂性，而是能自信地驾驭 C 语言，直面最严苛的工程挑战。

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这本书简直是C语言学习路上的“救命稻草”，尤其是对于那些和我一样，在指针这个概念上反复跌倒的读者来说。我记得我刚开始接触C语言的时候，看到那些复杂的内存地址操作和函数指针，简直是一头雾水。网上找的资料大多都是零散的，或者讲得太理论化，根本没有实操性。但是这本《Mastering C. Pointers》完全不一样，它用一种非常贴近实际工作场景的方式来讲解指针。作者似乎非常理解初学者的痛点，从最基础的变量地址开始，一步步深入到多级指针、函数指针，甚至还包括了动态内存管理（malloc/free）中的陷阱和最佳实践。书中的代码示例非常清晰，而且每一个例子都配有详细的图解，告诉你数据在内存中是如何布局的，指针指向哪里。我最欣赏的一点是，它没有回避那些晦涩难懂的概念，而是用非常生活化的比喻来解释它们，比如把指针比作地图上的坐标，把内存地址比作房子的门牌号。读完这本书，我感觉自己终于能够自信地去处理那些复杂的结构体指针和链表操作了，那些曾经让我夜不能寐的问题，现在看起来都迎刃而解了。对于任何想要真正“掌握”C语言，而不是仅仅停留在“会用”的程序员来说，这本书绝对是案头必备的宝典。

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我对这本书的评价是，它体现了一种对底层原理近乎偏执的追求，但这种追求最终服务于读者的理解和应用。许多关于指针的书籍往往会把重点放在那些花哨的、几乎用不到的技巧上，或者反过来，只讲最基础的地址引用，让人觉得“学了也白学”。《Mastering C. Pointers》的作者显然是站在一个更高的维度来审视这个问题的。他没有把指针视为一个孤立的知识点，而是将其置于整个操作系统和内存模型的大背景下进行阐述。阅读过程中，我时常能感受到作者在努力地建立读者对“栈”与“堆”的直观认识，以及程序执行时指令是如何与内存交互的。书中对于`const`关键字与指针的结合使用，以及`volatile`关键字的实际意义的讲解，更是深入到需要对C语言规范有深入理解的层面。这本书的价值在于，它不仅教会你如何正确地写指针代码，更重要的是，它教会你如何“思考”指针，如何从硬件和编译器的角度去理解你的代码在机器上究竟发生了什么。这对于编写高性能、高可靠性的嵌入式系统代码或者操作系统内核级别的软件来说，是不可或缺的思维训练。

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这本书的视角非常独特，它没有将指针视为一个需要“记住”的语法点，而是一种设计哲学。我特别欣赏作者对于“指针算术”这一块的讲解，很多人往往只记住了规则，却不理解背后的原因。这本书用图形化方式清晰地解释了指针的自增和自减操作是如何与数据类型的大小挂钩，以及它们如何在数组和多维数组中实现高效的地址偏移。这种对基础原理的深度挖掘，使得我在阅读后续关于类型转换和指针兼容性章节时，能够做到举一反三。而且，这本书的难度曲线设置得非常巧妙，它没有急于展示那些复杂的函数指针数组或指针到函数的指针，而是先确保读者对基础的地址引用和解引用有绝对的把握。在我看来，它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的老教授在你身边，耐心地引导你一步步拆解问题的核心。读完它，我不再是那个看到`**`就心惊胆战的新手了，我开始理解指针是C语言赋予程序员的强大工具，而这本书，就是教会我如何安全而有力地使用这个工具的最好说明书。

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坦白讲，我买过好几本号称是“指针圣经”的书，但大多是雷声大雨点小。然而，这本《Mastering C. Pointers》真正做到了“大师级”的水平。它最大的亮点在于其对“实践与理论的完美融合”。书中设计了一个贯穿始终的项目——一个简易的内存管理库的实现框架。通过实现这个框架，读者不得不去面对并解决那些在实际工作中会遇到的棘手问题，比如内存碎片化、边界对齐等。这种“做中学”的教学方法，比起单纯看理论章节效率高太多了。我特别喜欢它在处理复杂数据结构，比如红黑树或哈希表时，如何巧妙地运用指针来优化结构和操作。它不是简单地展示如何遍历链表，而是深入探讨了指针在实现这些高级结构时所扮演的“骨架”角色。这本书的厚度足以让人望而生畏，但一旦翻开，就会发现每一页都充满了干货，没有一句废话。它要求读者投入时间和精力，但它给予的回报是巨大的——那就是对C语言核心机制的透彻掌控感。

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说实话，我是一个对技术书籍的排版和阅读体验要求比较高的人，很多技术书读起来就像在啃干巴巴的教科书，枯燥乏味。但是《Mastering C. Pointers》在这一点上给我带来了惊喜。这本书的排版设计非常人性化，字体大小和行间距都把握得恰到好处，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更重要的是，它的内容组织逻辑极其严密，仿佛作者是一位经验丰富的老教师，知道什么时候该放慢脚步，什么时候该加速推进。它不仅仅是关于指针的“是什么”，更侧重于“为什么”和“如何用好”。例如，在讲解数组和指针的关系时，它不仅展示了两者可以互换使用的情景，还深入剖析了在不同上下文中的细微差别，这一点在很多其他教材中是很少被强调的。我特别喜欢书中那些“陷阱警示”和“高级技巧”部分，这些内容绝对是经过实战检验的，能帮你避开那些经典的内存泄漏和野指针错误。这本书的深度足以让有经验的开发者重温基础并查漏补缺，同时它的讲解方式又足够友好，能引导新手稳步前行。它不是一本让你读完就能立即成为专家的书，但它绝对是让你在通往精通的路上走得更稳、更远的基石。

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