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出版者:Springer

作者:Christopher Michael Kormanyos

出品人:

页数:380

译者:

出版时间:2013-3-16

价格:USD 69.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9783642346873

丛书系列:

图书标签:

• C++
• 计算机科学
• 嵌入式
• C/C++
• C&C++
• C++
• 实时系统
• 嵌入式系统
• 高性能计算
• 并发编程
• 多线程
• 低延迟
• 系统编程
• 游戏开发
• 金融工程
• 数据采集

深入理解与实践：现代C++并发编程 书籍简介 本书旨在为寻求精通现代C++并发编程的工程师和高级开发者提供一本全面、深入的实践指南。在当今多核处理器成为主流的计算环境中，编写高效、安全且可扩展的并发代码已不再是可选项，而是核心竞争力。本书避开了对C++基础语法或初级面向对象概念的重复讲解，而是直奔现代C++（C++11/14/17/20）提供的强大工具集，专注于如何利用这些工具解决现实世界中的并发难题。 本书的结构设计强调理论与实践的紧密结合。我们相信，对底层机制的深刻理解是编写高质量并发代码的前提。因此，第一部分将系统地梳理现代C++并发的基石。我们将详细剖析`std::thread`的生命周期管理、线程的同步机制——包括互斥量（`std::mutex`及其变种如`std::recursive_mutex`）、条件变量（`std::condition_variable`）以及屏障（C++20引入的`std::barrier`）。我们不仅会展示如何使用它们，更会深入探讨不同锁策略的性能权衡和死锁预防的最佳实践。 第一部分：并发编程的基石与工具箱 线程的艺术与陷阱： 深入探讨线程的创建、联合（join）与分离（detach）的语义差异，以及如何有效管理线程池的生命周期。我们将分析线程局部存储（TLS）在避免共享状态时的重要性，并讨论何时应避免过度细粒度的线程划分。 内存模型与数据竞争的根源： 这是本书最关键的部分之一。我们将全面解析C++内存模型（C++ Memory Model），解释顺序一致性、释放-获取（Release-Acquire）语义的实际意义。读者将学会如何通过正确的内存顺序来确保跨线程操作的可见性和原子性，而不仅仅是依赖“它能跑起来”。 原子操作的威力： 详细介绍`std::atomic`模板，不仅仅是简单的计数器或标志位。我们将探讨无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计哲学，包括循环冗余检查（ABA问题）及其解决方案，以及如何利用加载/存储操作的内存顺序来优化性能关键路径。 第二部分：高级同步原语与任务管理 现代C++提供了比传统信号量更灵活的同步机制。本书将重点介绍这些高级工具的有效应用： 延迟与通知： 深入研究`std::condition_variable`的正确用法，尤其是在复杂通知链中的应用。我们将展示如何利用它来实现生产者-消费者模型、工作窃取（Work-Stealing）框架的初步构建，并对比它与使用原子变量进行忙等待的性能差异。 Futures与异步编程范式： `std::future`、`std::promise`和`std::async`是现代C++实现任务分解和结果获取的核心。我们将超越简单的异步调用，探讨如何构建复杂的异步依赖图，实现错误传播，以及如何与RAII原则结合管理异步操作的取消机制。 并发数据结构的设计与实现： 理论知识需要通过实践来固化。本章将指导读者从零开始设计和实现自己的并发安全数据结构，例如基于R-W锁（Read-Write Lock）的映射、并发栈和队列。我们将严格遵循C++标准库的设计规范，确保线程安全的同时追求极致的性能。 第三部分：并发设计模式与性能优化 并发编程的挑战往往不在于写出能跑的代码，而在于写出高性能、可维护的代码。本部分聚焦于工业级应用所需的模式和调优技巧。 并行算法的应用： 深入探讨C++标准库提供的并行算法（如`std::for_each`、`std::transform`等）及其执行策略（Execution Policies）。我们将分析何时使用并行算法优于手动划分任务，以及如何通过自定义执行策略来适应特定硬件拓扑。 并发设计模式的实践： 讲解并演示关键的设计模式，如：Actor模型（及其在C++中的实现映射）、Pipelines（流水线）结构，以及如何使用惰性初始化在多线程环境下安全地构建单例。 调试与分析： 并发程序的调试极其困难。我们将介绍工具链（如Valgrind/Helgrind, AddressSanitizer/ThreadSanitizer）在定位数据竞争和死锁方面的用法。此外，还将涵盖性能分析工具如何揭示锁竞争（Lock Contention）和缓存伪共享（Cache False Sharing）问题，并提供具体的代码重构方案来缓解这些瓶颈。 读者对象 本书面向有扎实C++基础（至少熟悉C++17标准），并希望在高性能计算、游戏开发、操作系统、网络服务或任何需要最大化利用多核CPU资源的领域中提升并发编程技能的专业人士。阅读本书需要对操作系统中的进程与线程概念有一定的了解。 通过本书的学习，读者将不仅掌握现代C++并发编程的语法和API，更将内化一套严谨的思维方式，能够自信地设计、实现和调试复杂、高效的并行系统。

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说实话，我拿到《Real-Time C++》这本书的时候，内心是有些忐忑的，毕竟“实时系统”这个词听起来就充满挑战，而C++语言本身又以其复杂性著称。然而，这本书真的颠覆了我之前的刻板印象。作者以一种非常引人入胜的方式，将实时C++开发的各个方面娓娓道来。我尤其惊叹于它对多线程并发编程的深入剖析。书中不仅仅是讲解了`std::thread`和`std::mutex`等标准库的用法，更重要的是，它详细解释了在实时系统中，这些并发原语如何与操作系统的调度器协同工作，以及潜在的死锁、竞态条件等问题该如何预防和解决。作者通过分析各种实际的并发场景，比如传感器数据采集、用户界面响应以及控制算法的执行，展示了如何设计出既高效又安全的并发程序。我非常喜欢书中关于原子操作的部分，它解释了为什么在某些情况下，简单的加锁操作可能不足以保证数据的一致性，以及如何利用原子类型来处理细粒度的并发访问。对于进程间通信（IPC）的讲解也极其详尽，从共享内存、消息队列到管道，书中都提供了清晰的API示例和性能对比分析，让我能够根据具体需求选择最合适的IPC机制。令人惊喜的是，这本书并没有停留在理论层面，而是提供了大量的代码片段和伪代码，这些都极具参考价值。作者在讲解过程中，总是会预设一些常见的陷阱，并提前给出规避方法，这种“先见之明”的写作风格，让我受益匪浅，避免了我日后在实际开发中可能遇到的许多麻烦。对于追求极致性能的嵌入式开发者来说，这本书无疑是一本不可多得的宝藏。

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我拿到《Real-Time C++》这本书的时候，其实是有点犹豫的，因为我之前接触的实时系统开发都是用C语言，对C++在实时领域的应用了解不多。但这本书让我眼前一亮。作者非常巧妙地平衡了C++的强大功能与实时系统的严苛要求。我尤其欣赏书中关于面向对象设计（OOD）在实时系统中的应用。作者并没有教条地套用通用的OOD原则，而是针对实时系统的特点，提出了许多定制化的设计模式。例如，如何利用类来封装硬件接口，如何设计具有明确生命周期的对象，以及如何在不引入不确定性延迟的情况下实现对象间的通信。我特别喜欢书中关于状态机（state machine）设计的章节，它用非常直观的方式展示了如何用C++类和枚举来构建复杂的实时行为，并且保证了状态转换的确定性和可预测性。对于实时系统中常见的计时器和定时器管理，书中也提供了非常详尽的实现方案，包括如何创建高精度计时器，如何处理定时器溢出，以及如何将它们与任务调度相结合。此外，这本书对于如何利用C++的模板元编程（template metaprogramming）来在编译时生成高效的代码，以及如何避免在运行时产生不必要的开销，也进行了深入的探讨。例如，利用模板实现编译时查找表，或者在编译时生成特定硬件平台的驱动代码，这些都为开发者提供了全新的思路。这本书让我意识到，C++并非实时系统的“禁忌”，而是可以通过精心设计，成为构建强大实时系统的有力工具。

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《Real-Time C++》这本书，我只能说，它完全超出了我的预期。作为一名在嵌入式领域摸爬滚打多年的开发者，我一直觉得实时系统的编程充满了各种“坑”，但很多时候都是边摸索边前进。这本书的出现，就像是给我点亮了一盏明灯。我尤其欣赏书中对性能优化的讲解，它并没有泛泛而谈，而是深入到了C++语言特性层面，比如函数内联、常量折叠、循环展开等编译时优化技术，以及如何利用特定的编译器选项来进一步榨取代码的性能。更重要的是，书中将这些优化技术与实时系统的特性相结合，解释了在资源受限的环境下，如何通过精细化的代码设计来满足严格的时间约束。我特别喜欢关于缓存一致性（cache coherency）和内存屏障（memory barriers）的章节，这部分内容往往是普通C++教程所忽略的，但对于构建高性能、低延迟的实时系统至关重要。作者通过图解和实例，清晰地展示了CPU缓存的工作原理，以及多核处理器下数据同步的挑战，并给出了实用的解决方案。此外，这本书在错误处理和异常安全方面也提供了非常深刻的见解。在实时系统中，程序的容错能力至关重要，书中详细讲解了如何设计健壮的错误码返回机制、如何合理使用异常处理，以及如何确保即使在异常发生时，系统也能保持在一个安全的状态。它对于调试实时系统中的内存泄漏和性能瓶颈也提供了非常有价值的思路和工具推荐。总之，这本书是技术深度与实践指导并存的典范。

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这本书，名为《Real-Time C++》，实在是一次令人振奋的学习之旅。我作为一个长期以来一直对实时系统开发抱有浓厚兴趣，但又苦于缺乏系统性指导的开发者，迫切地需要一本能够深入浅出、既有理论深度又不失实践指导意义的教材。这本书的出现，简直如同雪中送炭。我非常欣赏它开篇就对实时系统核心概念的清晰阐释，例如周期性任务、优先级继承、信号量和互斥量等。作者并没有上来就堆砌晦涩的代码，而是循序渐进地引导读者理解这些概念在实际应用中的重要性，以及它们如何影响系统的性能和稳定性。尤其是在讨论任务调度策略时，书中详细对比了多种算法，比如固定优先级抢占式调度、循环调度以及更复杂的基于事件的调度。作者通过生动的类比和图示，将抽象的算法原理变得触手可及，让我能够清晰地辨别出不同场景下最适合的调度方式。而且，这本书对于实时操作系统（RTOS）的选择和使用也提供了非常实用的建议，它并没有局限于某一种特定的RTOS，而是从通用的视角出发，讲解了不同RTOS在设计理念、API接口和功能特性上的差异，这对于开发者在项目初期做出明智的技术选型至关重要。我特别喜欢的是书中对于中断处理和异常管理的讲解，这往往是实时系统中容易被忽视但又至关重要的环节。作者不仅强调了中断服务程序的简洁高效性，还深入探讨了如何在中断发生后，安全有效地将控制权交还给高层应用程序。对于内存管理，书中也提供了许多巧妙的实时优化技巧，比如避免动态内存分配，或者使用预分配的内存池，这些都是在资源受限的嵌入式环境中必不可少的知识。总而言之，这本书为我构建了一个坚实的实时C++编程理论基础，让我对如何编写可靠、高效、响应迅速的实时应用程序有了前所未有的清晰认识。

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拿到《Real-Time C++》这本书，我感觉就像是获得了一本秘籍。我一直觉得在资源受限的嵌入式环境中，C++的内存占用和性能开销是很大的挑战，但这本书给了我全新的解决方案。我尤其欣赏书中关于内存优化和性能剖析的讲解。作者并没有仅仅停留在“避免动态内存分配”这种泛泛的建议，而是深入到C++的具体语言特性，例如RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式在管理资源上的妙用，以及如何利用智能指针来安全地管理内存，同时又不引入不确定的延迟。我非常喜欢书中关于内存布局和数据对齐的讲解，这对于提高缓存命中率和CPU访问效率至关重要。作者通过图示和实例，清晰地展示了如何组织数据结构，以最大限度地利用CPU缓存。对于性能剖析，书中不仅推荐了常用的工具，更重要的是，它教会了我如何从代码层面去分析性能瓶颈，例如如何识别热点函数、如何分析函数调用开销，以及如何利用编译器提供的剖析信息来指导优化。我特别喜欢书中关于延迟测量（latency measurement）和抖动分析（jitter analysis）的章节，这对于理解和优化实时系统的响应时间至关重要。它还涵盖了如何进行单元测试（unit testing）和集成测试（integration testing）在实时C++开发中的实践，以及如何利用自动化测试来保证代码质量和实时性。这本书真的让我看到了用C++写出高效、可靠的实时程序的无限可能。

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《Real-Time C++》这本书，我必须说，它是一次非常扎实的学习体验。我原本以为实时系统的开发就是关于任务调度和同步原语的堆砌，但这本书让我看到了更深层次的工程智慧。我尤其欣赏书中对于嵌入式系统的软硬件协同设计。作者并没有将软件和硬件割裂开来，而是强调了两者之间的紧密联系和相互影响。我非常喜欢书中关于硬件选型和软件架构设计的章节，它详细分析了不同类型的处理器、内存和外围设备如何影响实时系统的性能，以及如何根据这些硬件特性来设计最优的软件架构。书中还深入探讨了如何利用FPGA（现场可编程门阵列）等硬件加速技术来提升实时系统的性能，并介绍了如何用C++与这些硬件协同工作。对于实时系统中常见的功耗管理，书中也提供了非常有价值的建议，包括如何设计低功耗的软件算法，如何利用硬件的休眠模式，以及如何通过时序控制来最小化功耗。我特别喜欢书中关于安全性（security）的讨论，在很多实时系统中，安全性与实时性同样重要，本书详细介绍了如何设计安全的实时系统，包括如何防止恶意攻击，如何实现安全启动，以及如何进行安全通信。它还涵盖了嵌入式系统中的固件更新（firmware update）策略，以及如何确保更新过程的可靠性和安全性。这本书为我构建了一个关于实时系统整体设计的全新框架。

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当我翻开《Real-Time C++》这本书时，我充满了期待，因为我一直觉得实时系统的开发，尤其是涉及到与硬件的底层交互，用C++会显得有些“笨重”。然而，这本书彻底改变了我的看法。作者以极其精妙的方式，将C++的面向对象特性与硬件的低级操作巧妙地结合起来。我特别欣赏书中关于硬件抽象层（HAL）的设计。作者不仅仅是介绍了HAL的重要性，更是给出了多种利用C++类和接口来封装硬件寄存器、中断控制器以及DMA控制器等底层硬件的范例。这使得上层应用程序可以在不关心具体硬件细节的情况下，实现对硬件的访问和控制，极大地提高了代码的可移植性和可维护性。我非常喜欢书中关于位操作和内联汇编的讲解，它详细解释了在C++中如何安全、高效地进行这些低级操作，并提供了避免常见错误的建议。对于实时系统中至关重要的实时时钟（RTC）和定时器，书中也进行了深入的探讨，包括如何精确地读取时间，如何设置定时器精度，以及如何处理时钟漂移等问题。此外，这本书对于串行通信（如UART、SPI、I2C）和网络通信（如TCP/IP、UDP）在实时系统中的应用也进行了详细的介绍，并提供了高效的C++实现方案。它还涵盖了如何使用C++来进行嵌入式Linux驱动程序的开发，这对于许多需要更强大处理能力的实时系统来说，是非常有价值的知识。这本书真正让我看到了C++在嵌入式和实时开发领域的巨大潜力。

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《Real-Time C++》这本书，与其说是一本技术书籍，不如说是一本实战指南。我一直觉得实时系统的开发，尤其是涉及到与外部世界的交互，充满了不确定性和挑战，但这本书给了我系统性的方法论。我尤其欣赏书中关于事件驱动编程（event-driven programming）和状态管理（state management）的讲解。作者用非常直观的方式，展示了如何利用C++的类和接口来构建灵活、可扩展的事件处理机制，以及如何用清晰的状态机来管理系统的不同运行状态。我非常喜欢书中关于消息队列（message queue）和回调函数（callback function）在事件驱动模型中的应用，这使得不同的模块之间可以解耦，互不影响，同时又能够高效地传递信息。对于实时系统中常见的周期性任务和非周期性事件的处理，书中都提供了非常详尽的设计模式和实现方案。我特别喜欢书中关于如何处理优先级反转（priority inversion）和死锁（deadlock）等并发问题的详细讨论，并给出了多种规避和解决策略。它还涵盖了如何利用C++的模板和泛型编程来创建可复用的、高效的实时组件，以及如何避免在运行时产生不必要的开销。书中对于使用协程（coroutines）来简化并发编程的讨论也很有启发性，它提供了一种更优雅的方式来处理异步操作和状态切换。这本书让我对实时C++开发有了更深刻的理解，它不再是冰冷的指令堆砌，而是充满智慧的设计艺术。

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《Real-Time C++》这本书，真的给我打开了一个全新的视角。我一直认为实时系统的开发是工程学的极致挑战，而这本书则用C++这样一门强大的语言，提供了更灵活、更优雅的解决方案。我尤其惊叹于书中对于数据流和信号处理的讲解。作者详细介绍了如何利用C++的类和模板来构建高效的数据处理管道，如何实现零拷贝的数据传输，以及如何利用数学库和算法来实现复杂的信号分析和滤波。我非常喜欢书中关于面向数据流的编程模型，它通过将复杂的计算过程分解为一系列独立的数据处理单元，极大地提高了代码的可维护性和可扩展性。对于实时系统中常见的滤波算法，比如卡尔曼滤波、维纳滤波等，书中都提供了详细的C++实现和性能分析，让我能够深入理解这些算法的原理及其在实际应用中的局限性。此外，这本书在图形用户界面（GUI）的实时渲染方面也提供了宝贵的指导。它不仅仅是讲解了如何使用现有的GUI库，而是更侧重于如何设计一个能够满足实时性要求的GUI框架，包括如何优化渲染管线，如何处理用户输入事件，以及如何避免GUI操作对主控制循环造成干扰。书中对于传感器数据融合的讲解也极具启发性，它展示了如何将来自不同传感器的数据进行整合，并从中提取有用的信息，以支持更高级的决策和控制。总之，这本书在理论与实践之间找到了完美的平衡点，为我提供了构建复杂实时系统的全新工具箱。

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《Real-Time C++》这本书，我只能用“惊艳”来形容。作为一名对嵌入式开发充满热情，但又常常被实时系统的高门槛所困扰的开发者，这本书简直是一股清流。我尤其欣赏书中关于嵌入式实时操作系统（RTOS）的深度剖析。作者并没有仅仅介绍某个特定的RTOS，而是从通用的视角出发，讲解了RTOS的核心概念，如任务管理、内存管理、信号量、消息队列、中断处理等等，并用C++的语言特性，如类、模板、RAII等，来封装和抽象这些底层功能，从而提供一种更高级、更易于使用的开发接口。我非常喜欢书中关于实时性保证的讲解，它不仅仅是告诉你如何编写代码，更重要的是，它教你如何思考，如何分析，如何测量，从而确保你的系统能够满足严格的时间要求。书中对于如何避免不确定延迟的讲解尤其深入，比如如何避免动态内存分配、如何优化中断服务程序、如何设计无锁数据结构等。我特别喜欢书中关于实时Linux在嵌入式系统中的应用，它详细介绍了如何使用C++进行实时Linux的驱动开发，以及如何利用Linux的实时调度策略来满足高性能要求。它还涵盖了如何进行嵌入式系统的调试和故障排除，包括如何使用JTAG调试器、逻辑分析仪等工具，以及如何分析日志文件和系统状态。这本书不仅提升了我的技术能力，更重要的是，它重塑了我对实时C++开发的认知。

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