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出版者:第1版 (2004年1月1日)

作者:H.M.Deitel

出品人:

页数:248

译者:施平安

出版时间:2004-4-1

价格:26.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302082088

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• C++
• 程序设计
• 教程
• 编程
• 入门
• 计算机
• 教材
• 学习
• 开发
• 算法
• 数据结构

《深入理解计算机系统：原理、实践与挑战》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的计算机系统知识体系。我们聚焦于现代计算机系统构建的底层原理、关键技术实践，以及当前面临的技术挑战，力求超越对单一编程语言或应用开发的关注，转而深入剖析硬件与软件如何协同工作，共同构成我们赖以生存的计算基础设施。本书的叙事逻辑遵循“从物理到抽象，再到应用”的层次结构，确保读者不仅知其然而知其所以然。 第一部分：计算的物理基础与数据表示 本部分从最基础的层面开始，探讨信息如何在物理世界中被编码、存储和操作。 第1章：数字逻辑与电子元件基础 本章将回顾数字逻辑设计的基础，从布尔代数到组合逻辑电路和时序逻辑电路。重点分析现代半导体技术（如CMOS技术）的工作原理及其对功耗和速度的限制。我们将详细探讨硬件描述语言（HDL）在系统设计中的作用，以及如何通过这些底层构建块实现复杂功能。我们还将简要介绍量子计算的潜力与当前面临的工程难题，作为对未来计算范式的展望。 第2章：数据表示与运算 本章深入探讨计算机内部如何表示各种类型的数据。不仅包括标准的整数（有符号、无符号）、浮点数（IEEE 754标准及其精度问题），还将详述字符编码（如Unicode的演变及其对跨文化计算的影响）、固定精度与可变精度数据的处理方式。特别关注数据溢出、截断误差在数值计算中的实际表现及规避策略。本章还将分析算术逻辑单元（ALU）的设计原理，以及如何通过位操作实现高效的数学运算和逻辑判断。 第二部分：指令集架构与处理器设计 处理器是系统的核心，本部分将解剖指令集架构（ISA）的设计哲学及其对软件性能的深远影响。 第3章：精简指令集与复杂指令集对比 本章对比RISC（如ARM、RISC-V）和CISC（如x86）的设计哲学。详细阐述指令的格式、寻址模式、操作数的组织方式。我们将分析现代处理器如何通过微操作解码将复杂指令分解为可执行单元，并探讨指令集对编译器优化空间的限制与扩展。 第4章：处理器微架构：流水线、分支预测与内存层次结构 深入研究现代高性能处理器的内部结构。重点剖析指令级并行性（ILP）的实现技术，包括多级流水线、超标量执行、指令发射机制。对分支预测器（如两级、GShare）的工作原理及其对性能的影响进行详尽分析。此外，本章将首次引入内存层次结构的概念，作为后续章节讨论性能瓶颈的基础。 第5章：内存一致性与多核并行性 随着多核处理器的普及，内存一致性成为核心挑战。本章阐述缓存一致性协议（如MESI、MOESI），分析内存屏障（Fences）的作用和必要性。我们将探讨如何通过硬件保证数据在不同核心间的可见性和顺序性，这是编写正确、高效并行代码的前提。 第三部分：系统软件与抽象层 本部分将视角从硬件提升到操作系统和编译器，探讨它们如何向上层应用提供可靠的服务和抽象。 第6章：编译器与汇编：从源代码到机器码 本章追踪源代码的生命周期，从预处理、词法分析、语法分析到中间代码生成和优化。重点分析后端优化技术，如常量折叠、死代码消除、循环展开和寄存器分配的底层策略。通过实际示例展示编译器如何将高级语言特性映射到底层机器指令。 第7章：链接、加载与过程调用 本章聚焦于程序如何被组织和执行。详细解释静态链接和动态链接的过程，包括符号解析、重定位表处理。深入分析过程调用栈的结构、栈帧的建立与销毁、参数传递机制（按值、按引用）以及返回地址的保存，这是理解程序控制流和调试的基础。 第8章：操作系统核心：进程、虚拟内存与系统调用 本章是系统软件的核心。详细介绍进程与线程的概念、上下文切换的机制，以及如何实现并发。核心内容聚焦于虚拟内存管理：页表结构、地址翻译过程、TLB的作用、缺页中断的处理，以及操作系统如何通过内存映射（mmap）实现文件I/O和进程间通信（IPC）。 第四部分：性能优化与系统安全 本部分关注如何在实际工程中利用对系统内部机制的理解来提高效率和保障系统的健壮性。 第9章：内存层次结构的高效利用 超越概念介绍，本章深入探讨缓存的实际行为。分析局部性原理（时间、空间）如何指导数据结构设计。通过性能计数器（如Perf）分析缓存命中率、缺失类型（Compulsory, Conflict, Capacity）及其对应用程序的影响。给出内存访问模式优化的具体实践，例如数据对齐、结构体填充优化和预取技术。 第10章：I/O系统、网络栈与存储 本章分析系统如何与外部世界交互。深入剖析块设备驱动模型、中断处理机制。重点分析现代网络协议栈（TCP/IP）的软件实现，包括套接字（Socket）的内核数据结构、零拷贝技术（如Sendfile）的原理与应用。对于存储系统，讨论RAID的容错机制和固态硬盘（SSD）的底层读写特性（如磨损均衡）。 第11章：系统安全基础与漏洞剖析 本章结合系统原理探讨安全问题。分析缓冲区溢出（Stack Smashing）、格式化字符串漏洞的底层机理，并介绍防御措施，如栈保护（Canaries）、地址空间布局随机化（ASLR）和数据执行保护（DEP）。探讨操作系统如何通过权限模型（如DAC、MAC）隔离进程，以及现代安全启动流程（如UEFI Secure Boot）。 总结 本书的最终目标是培养读者从“使用”计算机到“理解并重塑”计算机的能力。通过对硬件架构、系统软件层和性能瓶颈的系统性剖析，读者将能够设计出更高效、更可靠、更安全的复杂软件系统。本书适合有一定编程基础，希望深入理解计算科学核心，并追求成为系统级架构师或高性能计算专家的工程师、研究人员和高级学生阅读。

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作为一名已经有些许编程经验的开发者，我通常对市面上那些“入门级”教程持保留态度，但《C++程序设计教程》成功地突破了我的预期。这本书的深度远超出了“教程”这个词所暗示的浅尝辄止。它非常详尽地覆盖了C++11/14/17标准中的重要特性，尤其是智能指针、右值引用和移动语义这些现代C++的关键所在。作者在讲解面向对象设计原则时，引用了多个实际项目中的代码片段进行重构分析，这种实战导向的教学方式极大地提高了我的代码审美。更难能可贵的是，它对性能优化和异常安全性的讨论，不是放在附录里一带而过，而是贯穿在每一个关键技术点的讲解之中，这对于编写工业级、健壮的软件至关重要。阅读过程中，我甚至不得不停下来，去查阅一些底层编译原理的知识来佐证书中的观点，这说明这本书在引导读者进行更深层次思考方面做得非常出色。它不仅仅是教你如何“写代码”，更是在教你如何“思考”C++程序的结构和生命周期。

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坦白说，这本书的篇幅相当可观，一开始我还有点担心自己无法坚持读完，但实际阅读下来，发现它的内容组织具有极强的自适应性。如果你是只想快速了解C++基础语法的读者，可以专注于前12章，它们足以让你开始编写简单的程序；如果你是想深入研究系统编程或游戏开发的专业人士，那么后面的模板高级应用、并发编程和底层I/O操作章节，提供了深入的理论支撑和可操作的示例。我个人最受启发的是它对多线程并发部分的讲解，作者用经典的生产者-消费者模型作为线索，串联起了互斥锁、条件变量、原子操作等复杂的同步机制，并且明确指出了在不同编译器和操作系统环境下使用这些原语时可能遇到的陷阱。这种既广博又精深的覆盖面，使得这本书成为了我工作台上的常备参考书，无论我处于哪个开发阶段，总能在其中找到当下需要的那一部分知识点，并且是以一种非常系统、完整的方式呈现出来。

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这本书对我最大的震撼在于它对“为什么是C++”这一问题的深刻回答。很多教程只是机械地教授语法，而这本《C++程序设计教程》则花费了大量篇幅来解释C++的设计哲学——在保持C语言效率的基础上，如何构建复杂的抽象层级。它没有回避C++的复杂性，而是坦诚地将对象模型、内存布局的“丑陋真相”摆在读者面前，比如为什么需要`const`、`volatile`以及各种对齐问题。这种坦诚的态度极大地帮助我建立了对这门语言的敬畏感和敬畏心，我不再只是把C++当作一个能编译的工具，而是开始理解它背后的工程权衡。书中的某一章专门对比了C++与类C语言在处理资源管理上的巨大差异，通过RAII（资源获取即初始化）范式，清晰地展示了C++如何通过语言特性而非外部库来保障程序安全和稳定。这本书更像是一本“C++思想的引导手册”，而不仅仅是语法参考。

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这本《C++程序设计教程》简直是初学者的福音，我抱着试一试的心态买的，没想到里面的内容组织得如此清晰、循序渐进。最让我惊喜的是它对C++核心概念的讲解，比如指针和内存管理，作者没有用那种高深的术语堆砌，而是通过大量生动形象的例子和图示来解释，让我这个对底层概念总是感到困惑的人，竟然茅塞顿开。特别是它对STL（标准模板库）的介绍，不是简单地罗列函数，而是深入剖析了容器和算法的设计思想，让人在学习使用的同时，也开始思考如何写出更高效、更具泛型思维的代码。书中的练习题设计得也很有巧思，难度适中，从基础语法巩固到中等复杂度的项目实践，每一步都能让人感受到自己的进步，而不是陷入无休止的重复劳动。读完前几章，我已经不再对C++这门语言抱有敬畏感，而是充满了探索的欲望，感觉自己真的拿到了通往高效编程世界的一把钥匙。对于想扎扎实实打好基础，并且希望理解C++“为什么”要这么设计的新手来说，这本书的价值无可估量。

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我必须说，这本书的排版和配图质量简直是一流的，这对于一本技术书籍来说，往往是决定阅读体验的关键因素。《C++程序设计教程》采用了大量的流程图来描述复杂的数据结构操作，例如多态调用和虚函数表的查找过程，这些视觉化的解释比纯文本描述清晰了十倍不止。我特别喜欢它在讲解模板元编程那一部分时，作者采用了“逐步展开”的策略，先把最简单的特化和偏特化讲清楚，然后才引入更复杂的SFINAE概念，每一步都有对应的代码输出作为佐证，完全避免了初学者在面对模板元编程时的那种抓耳挠腮的感觉。整本书的字体和行间距都非常舒适，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。对于我这种需要长时间盯着屏幕学习的人来说，这种对读者体验的细致关注，体现了出版方对质量的严格把控。它让枯燥的编程学习过程，变成了一种相对愉悦的智力探索。

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习题答案不完整,个别题目出现错误和重复,最要命的是很多解法非常垃圾.

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