Fortran90程序设计/高等院校计算机基础教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:武汉大学出版社

作者:汪同庆

出品人:

页数:249

译者:

出版时间:2004-8

价格:23.00元

装帧:

isbn号码:9787307035263

丛书系列:

图书标签:

• Fortran90
• 程序设计
• 计算机基础
• 高等教育
• 教材
• 科学计算
• 数值计算
• 工程计算
• 编程入门
• 计算机语言

经典与现代：编程范式的演进与实践 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索计算机科学领域中编程语言的演变、核心概念的建立以及软件工程实践的精髓。我们不局限于某一特定语言的语法细节，而是聚焦于驱动整个计算领域发展的底层逻辑、设计哲学与工程方法论。 本书结构分为四个主要部分：计算理论基础、编程范式深度解析、系统级编程与性能优化、以及现代软件工程实践。通过对这些核心主题的系统阐述，读者将能够构建起坚实的理论框架，并将其应用于任何新兴或主流的编程语言中。 --- 第一部分：计算理论基础与抽象思维 本部分是理解所有编程活动的基石。我们首先回顾图灵机模型的深远影响，这不是为了重温历史，而是为了确立“可计算性”的边界。理解计算的本质，是避免陷入仅关注语法的陷阱的关键。 1.1 形式化系统与自动机理论： 探讨有限自动机（FA）、下推自动机（PDA）与图灵机之间的关系，以及它们如何映射到编译器的词法分析和语法分析阶段。重点讨论上下文无关文法（CFG）在描述程序结构中的作用。 1.2 算法复杂度分析（大O记法进阶）： 超越基本的 $O(n^2)$ 和 $O(n log n)$，深入剖析NP-完全性问题在实际算法设计中的意义。我们将分析分治法、动态规划和贪心算法的适用场景，并提供实际案例，例如如何针对大规模数据集优化图遍历算法。 1.3 内存模型与数据表示： 详细阐述计算机体系结构如何影响程序执行。这包括位、字节、字（Word）的含义，大小端序的差异，以及浮点数的IEEE 754标准。理解这些底层细节对于编写跨平台、高性能的代码至关重要。我们还将讨论虚拟内存的概念及其对程序内存布局（栈、堆、数据段）的影响。 --- 第二部分：编程范式的深度解析 本部分将编程语言划分为不同的哲学流派进行剖析，强调每种范式背后的设计哲学及其解决的问题域。 2.1 结构化编程的回归与演进： 追溯结构化编程的起源，探讨GOTO语句被摒弃的原因。我们在此基础上，引入过程式编程中模块化设计的重要性，例如如何有效使用子程序、函数库以及封装概念，以应对日益增长的程序规模。 2.2 面向对象范式（OOP）的本质： 本节将OOP的核心——封装、继承和多态——从表面语法提升到设计原则层面。我们不仅讨论类和对象的实例化，更深入探究接口（Interface）设计在松耦合系统中的关键作用。重点分析设计模式（如工厂、观察者、策略模式）如何体现OOP的设计思想，而非仅仅是代码模板。 2.3 函数式编程（FP）的核心理念： 介绍纯函数、不可变性（Immutability）和高阶函数。我们将详细对比命令式编程中的副作用管理与函数式编程中如何通过函数组合来构建复杂逻辑。通过案例分析，展示惰性求值（Lazy Evaluation）在资源受限环境中的优势。 2.4 元编程与反射机制： 探讨语言如何处理自身——代码即数据。这包括编译时元编程（如宏系统）和运行时反射（如运行时类型信息RTTI）。分析这些技术如何增强语言的表达力和框架的灵活性。 --- 第三部分：系统级编程与性能工程 现代应用往往需要与操作系统、硬件进行深度交互。本部分关注如何编写既健壮又高效的代码。 3.1 并发与并行处理： 深入解析并发性带来的挑战。详细区分进程与线程，探讨竞争条件（Race Condition）、死锁（Deadlock）和活锁（Livelock）。我们将对比不同同步机制的优劣，包括互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和屏障（Barrier）。最后，介绍现代多核架构下的无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计思路。 3.2 内存管理与垃圾回收（GC）： 不仅描述C/C++中手动内存管理（`malloc`/`free`）的陷阱，还详细分析主流垃圾回收算法的工作原理，如标记-清除（Mark-and-Sweep）、复制收集（Copying Collectors）以及分代收集（Generational GC）。理解GC的暂停时间（Pause Time）对实时系统的影响。 3.3 编译器优化技术： 探讨编译器（如GCC/Clang）在将高级代码转化为机器指令过程中执行的关键优化，例如循环展开（Loop Unrolling）、常量折叠（Constant Folding）和过程内联（Inlining）。这有助于开发者编写出更易于编译器进行优化的“友好型”代码。 --- 第四部分：现代软件工程实践与工具链 优秀的程序不仅仅是正确的代码，更是易于维护、测试和协作的工程产物。 4.1 版本控制与代码协作： 深入使用Git进行复杂的分支管理策略（如Git Flow、Trunk-Based Development）。重点讨论如何使用代码审查（Code Review）流程来提升代码质量，以及解决合并冲突的高级技巧。 4.2 自动化构建与依赖管理： 介绍现代项目如何使用构建工具（如CMake、Maven或Gradle）来管理复杂的编译流程和外部依赖。分析如何配置跨平台构建环境，确保代码的可移植性。 4.3 软件测试的金字塔模型： 阐述单元测试、集成测试和端到端测试在质量保证中的不同作用。强调测试驱动开发（TDD）的实践方法论，以及如何设计“可测试性”高的代码结构。 4.4 调试与性能剖析： 教授使用专业的调试器（如GDB或类似工具）进行高级调试，包括条件断点、内存检查和调用栈分析。介绍性能剖析工具（Profilers）如何帮助识别程序的热点（Hotspots），从而进行精准的性能瓶颈消除。 通过对以上四个维度的系统学习，读者将超越对单一工具或语法的掌握，建立起一套适用于任何计算挑战的、与时俱进的、严谨的工程思维体系。

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这本书的排版和图例设计，坦白说，是偏向传统学术风格的，字体可能不是最时髦的无衬线字体，但其最大的优点在于代码块的清晰度。在涉及复杂的矩阵运算和三维数组的下标操作时，作者使用了非常直观的图形辅助说明，这在抽象概念的具象化上起到了关键作用。我特别留意了它对“派生类型”（Derived Types）的讲解部分。在科学计算中，将相关的数据结构封装起来是提高代码组织性的核心手段，这本书对如何定义和操作这些自定义数据类型，以及它们在函数调用中的表现，讲解得相当透彻，案例代码的长度适中，既保证了完整性，又不会因为过于冗长而让人失去阅读的耐心。如果能多提供一些关于Fortran如何与其他语言（比如C/C++）进行数据交换的接口说明，那对跨学科的研究人员来说将是无价之宝，毕竟在实际科研环境中，Fortran很少是孤立存在的。

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拿到这本书的时候，我正在为一个涉及大量数值模拟的课程项目寻找可靠的参考资料。说实话，最初我对它抱持着一种谨慎的态度，因为很多基础教材往往在深度上有所欠缺，只停留在“能用”的层面，而非“用得好”。然而，这本书在讲解循环控制结构时所采用的逻辑推导方式，令我印象深刻。它没有直接抛出复杂的DO循环语法，而是先从算法的本质需求出发，一步步引导读者领悟为什么Fortran的循环结构是那样设计的，这种“溯源式”的教学方法极大地增强了我的理解。此外，书中对内部函数和外部子程序的区分以及调用规范的说明，处理得非常细致到位，特别是关于“意图”（INTENT）属性的强调，对于避免程序中常见的副作用错误至关重要。如果书中能够穿插一些早期Fortran 77代码向Fortran 90迁移时常遇到的“陷阱”分析，那就更完美了，那样能让有经验的程序员也能从中受益匪浅，而不仅仅是零基础的新手。

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作为一本面向“基础教材”定位的书籍，它对Fortran 90标准中那些“晦涩难懂”但功能强大的特性处理得非常得当。比如，参数化派生类型（Parameterised Derived Types）这个在标准中相对较新的特性，作者并没有简单地介绍其语法，而是通过构建一个模拟有限元网格单元的例子，展示了它在创建灵活、可重用数据结构方面的巨大潜力。这种理论与实际应用紧密结合的叙述方式，极大地提升了学习的兴趣和效率。唯一让我感到有些美中不足的是，在文件I/O的部分，虽然对顺序读写和直接存取的讲解是详尽的，但对于现代高性能计算中常用的、涉及记录定位和异步操作的复杂I/O模式，似乎没有给予足够的关注，或许这是考虑到教材的基础定位，但对于希望将代码投入生产环境的用户来说，这是一个小小的遗憾。不过，整体上它成功地搭建起了一个坚实的Fortran编程基础框架。

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这本书的封面设计给我的第一印象是相当朴实和专业，那种传统的教材风格，没有太多花哨的装饰，直接点明了主题——Fortran 90。我是在大学阶段接触到这门语言的，当时市场上关于Fortran 90的教材选择相对有限，这本书因为是作为“高等院校计算机基础教材”系列的一部分而出现的，所以它的权威性自然受到了很多青睐。当我翻开目录时，我注意到它对数组操作和模块化编程的讲解似乎用了相当大的篇幅，这对于现代科学计算而言至关重要。我记得早期学习其他语言时，对动态内存管理和大型结构化程序的构建总是感到头疼，希望这本书能在这方面提供清晰、易于理解的路径。特别是对于指针和传递参数的微妙之处，如果能有足够多的实际案例和对比分析，那将是极大的加分项。毕竟，Fortran 90相比老版本在结构上有了显著的改进，教材的重点必须放在如何利用这些新特性来编写高效、可维护的代码上，而不是仅仅停留在语法罗列。我对它在引入并行计算概念（比如潜在的Coarray Fortran）方面的深度抱有期待，即便只是初步介绍，也能为后续的深入学习打下坚实的基础。

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这本书的语言风格是那种非常严谨、不带感情色彩的学术陈述，这对于初学者来说可能需要一定的适应期，因为它不会用过于口语化的方式来“安抚”读者的困惑。但是，正是这种精确性，保证了书中每一个术语和每一个语法的解释都是无可指摘的。我特别欣赏它对“模块”（MODULE）机制的讲解，作者将其提升到了面向对象编程的早期雏形的高度来阐述，这帮助我理解了为什么现代Fortran如此推崇模块化。通过模块，代码的依赖关系变得清晰可见，全局变量的污染得到了有效控制。如果说有什么可以改进的地方，那就是光盘或配套资源中提供的练习题，如果能附带一个详细的“参考解法”或至少是关键步骤的提示，会让自学者在遇到难题时能更好地自我纠错，而不必完全依赖于课堂上的讲解或者助教的批改。总而言之，这是一本可以作为工具书长期放在手边的扎实教材。

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