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出版时间:1993-2

价格:5.00元

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isbn号码:9787561204603

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• C语言
• 编程入门
• 初学者
• 教材
• 计算机科学
• 程序设计
• 算法
• 数据结构
• 经典
• 基础

《深入理解计算机系统》导读：硬件与软件的交织之舞 本书并非聚焦于特定编程语言的语法或实践技巧，而是旨在为读者构建一座坚实的桥梁，连接起宏观的软件世界与微观的硬件基础。它力求揭示现代计算机系统是如何从晶体管的开关运作，一步步抽象演化为我们日常所见的复杂应用程序和操作系统。我们将一同探索那些隐藏在高级语言代码之下的、决定程序性能和行为的底层机制。 第一部分：从比特到程序——数字表示与逻辑运算的基石 本部分将从最基本的数字表示法入手，探讨信息如何在计算机内部被编码和操作。我们不会过多纠结于C语言的具体关键字，而是深入研究数据结构在内存中的物理布局。 二进制与数据表征： 现代计算机的基础是二进制。我们将详细分析整数（有符号和无符号）是如何在有限的位数内精确表示，以及溢出、截断这些看似简单的操作背后所蕴含的数学逻辑。更关键的是，浮点数的表示法——IEEE 754标准——将不再是抽象的符号，而是被解构为指数、尾数和符号位，帮助读者理解为什么某些看似精确的十进制小数在计算机中会产生微小的误差。此外，字符串的编码（如ASCII和Unicode）如何影响文本处理的效率和兼容性，也将被细致剖析。 逻辑门与组合电路： 我们将短暂回归电子学的基础，但目的不是为了成为电子工程师，而是为了理解CPU执行指令的物理实现。从最基本的与、或、非门开始，探讨它们如何组合成加法器、多路选择器和寄存器。理解这些基础逻辑单元，是理解处理器如何执行算术逻辑单元（ALU）操作的前提。 汇编语言的透视： 虽然我们不深入教授汇编编程，但理解不同体系结构（如x86-64）下的基本指令集至关重要。本章会展示C语言代码是如何被编译器转换为一系列机器指令的，例如数据移动、算术运算和控制流跳转。这将使读者清晰地认识到，高级语言的抽象层之下，实际发生的是寄存器间的快速数据交换和内存地址的精确访问。 第二部分：处理器架构与指令级并行性 计算机的“大脑”是如何工作的？本部分将解剖中央处理器（CPU）的核心结构，探究现代处理器如何超越简单的指令顺序执行，实现惊人的速度提升。 数据通路与控制单元： 我们将描述一个典型的指令周期——取指、译码、执行、访存、写回。深入理解程序计数器（PC）、指令寄存器、通用寄存器组和指令解码器的作用。接着，我们将分析控制单元如何产生时序信号，指挥数据在各个功能部件之间流动。 流水线技术： 现代处理器通过流水线技术同时处理多条指令的不同阶段，极大地提高了吞吐量。本章会详细介绍五级或多级流水线的概念，并着重讨论数据冒险（一条指令的结果尚未写回就被后续指令使用）和控制冒险（分支预测失败）是如何被硬件机制处理的。理解这些冒险的解决策略，是理解程序在不同CPU上运行速度差异的关键。 内存访问的延迟与缓存层次结构： 处理器速度的飞速发展与主存速度的相对停滞，使得内存延迟成为系统性能的主要瓶颈。本部分将详细介绍CPU内部的缓存系统（L1、L2、L3）。我们将研究缓存的工作原理：集合关联、替换策略（如LRU）、写回/写穿透策略，以及局部性原理（时间局部性和空间局部性）是如何被软件设计所利用以实现高效访问的。 第三部分：内存、链接与加载——程序如何进入运行态 一个编译好的可执行文件是如何变成正在内存中运行的进程的？本部分将追溯代码的生命周期，从源代码到磁盘上的二进制文件，再到最终加载到内存并执行的全过程。 编译、汇编与链接： 探讨预处理、编译、汇编和链接这四个阶段的职能。重点解析链接器的工作：它如何解决外部引用（如库函数调用），合并代码段和数据段，以及重定位的过程。我们将区分静态链接和动态链接的优劣，并解释共享库（如DLL或.so文件）是如何被加载和解析的。 可执行目标文件格式（ELF/PE）： 深入研究这些格式的内部结构，特别是代码段（`.text`）、初始化数据段（`.data`）、未初始化数据段（`.bss`）和符号表的存在。理解这些结构有助于调试和逆向工程。 虚拟内存管理： 虚拟内存是现代操作系统最核心的抽象之一。本章将详细阐述虚拟地址到物理地址的地址翻译过程，核心在于页表（Page Table）和TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用。理解内存保护（限制一个进程访问不属于它的内存区域）和内存共享的底层机制，是理解操作系统安全性的基础。 第四部分：程序执行与系统级交互 本部分关注程序运行时所需的运行环境，以及它如何与操作系统内核进行高效且安全的交互。 栈与堆： 深入剖析函数调用约定（Caller Save vs. Callee Save寄存器使用规则）。详细描述函数调用栈的工作机制：参数的传递、局部变量的分配、返回地址的保存以及栈帧的建立和销毁。同时，我们将分析堆内存管理的挑战，包括内存分配器（如`malloc`/`free`）如何管理不规则的空闲块，以及碎片化问题。 进程与上下文切换： 从软件角度理解进程的定义——它是一个执行环境，包含程序计数器、寄存器集合、内存映像和文件描述符的集合。当操作系统进行上下文切换时，究竟是哪些信息被保存和恢复？这直接关系到程序执行的连续性。 系统调用接口： 用户程序不能直接访问硬件资源，它必须请求操作系统内核的服务。本章将解释系统调用的机制（如中断或陷阱），如何从用户模式切换到内核模式，以及系统调用参数的传递和结果的返回过程。这揭示了用户空间程序与内核空间之间的界限和通信协议。 I/O处理与文件系统抽象： 讨论I/O设备（如磁盘、网络）是如何被抽象成文件的。我们将探讨标准I/O库（如`printf`/`scanf`）是如何建立在更底层的系统调用之上的，以及缓冲I/O如何通过在用户空间维护缓冲区来减少昂贵的系统调用次数。最后，简要介绍文件系统如何将逻辑上的文件结构映射到物理磁盘上的扇区和块。 通过对这些底层机制的系统性探索，读者将不再仅仅停留在“编写代码”的层面，而是能够深入理解代码的“运行环境”，从而写出更高效、更健壮、更具系统洞察力的程序。本书的价值在于，它将编程的艺术建立在坚实的计算机科学原理之上。

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这本书的叙事节奏把握得极佳，读起来完全没有那种枯燥乏味的感觉。它不是那种堆砌语法条目的字典式书籍，而更像是一部逐步深入的悬疑小说，每一章都在揭示C语言更深层次的奥秘。特别欣赏作者在讲解结构体和联合体时的那种细腻处理，他没有简单地罗列它们的区别，而是通过一个实际的场景模拟，展示了如何在有限的内存空间内，通过巧妙地组织数据，实现效率的最大化。这种将理论与实际应用无缝衔接的处理方式，极大地提升了我的学习兴趣。我甚至在读完关于文件I/O的部分后，立刻尝试重写了我之前用Python写的一个数据处理脚本，用C语言来实现，那种掌控一切的感觉，是其他高级语言难以比拟的。这本书的优秀之处在于，它不满足于让你学会如何写出能运行的C代码，它更致力于让你理解为什么这样写是最高效、最“C式”的。它像一面镜子，照出了我过去编程习惯中的惰性和不精确性，让我学会了如何用最少的资源，解决最复杂的问题。

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最让我感到惊喜的是，这本书对于标准库的使用讲解，体现出一种对工程实践的深刻洞察力。它没有平均用力地讲解所有库函数，而是挑选了那些在实际开发中最常用、最容易出错的几个核心模块，比如 `string.h` 和 `stdlib.h` 中的关键函数。作者对于那些“陷阱”函数，比如 `strcpy` 为什么不安全，以及如何使用更健壮的替代方案，都做了非常深入的剖析，甚至直接引用了标准中对这些函数行为的定义。这种由内而外的解读方式，让读者不仅学会了“怎么用”，更重要的是理解了“为什么不能滥用”。这本书的价值在于，它不仅仅教授了一种语言的语法，它更是在塑造一种严谨、负责任的编程态度。读完它，我感觉自己对编写健壮、可维护的代码有了更深层次的理解，这对于任何追求编程技艺精进的人来说，都是一笔无价的财富，远超出了仅仅学习一门编程语言本身的范畴。

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坦白说，市面上那么多C语言的“速成宝典”让我感到厌倦，它们总是在承诺几天内精通一切，结果往往是学了一堆皮毛。但这本《C语言简明读本》完全走了另一条路，它选择了“慢工出细活”。它在介绍函数调用和栈帧结构时，花费了比其他书多出三倍的篇幅，配上了极其详尽的流程图示。我过去总觉得函数调用栈是个抽象的概念，但读完这部分，我仿佛能“看到”数据在寄存器和内存之间穿梭的过程。这种对执行过程的深度还原，对于理解递归、回调函数以及异常处理的底层逻辑，是至关重要的。而且，书中的语言风格非常沉稳，没有使用任何浮夸的形容词，一切都建立在严谨的逻辑推导之上。当你真正被一个复杂的指针运算卡住时，回过头来翻阅书中的相关章节，你会发现作者早已为你预设好了清晰的思路导引，让你能顺藤摸瓜地找到答案，而不是仅仅被告知一个结论。这是一种对读者智力的尊重。

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我个人对这本书的排版和图文配合度给予高度评价。很多技术书籍，图表看着像随手画的示意图，根本无法辅助理解。但在这本读本里，每一个流程图、每一个内存布局图，都像是经过精心设计和校准的，与文字描述形成了完美的互补。尤其是关于预处理器宏展开的部分，作者用一种序列化的方式展示了代码在编译前后的变化，这种可视化处理，彻底解决了宏在嵌套使用时容易产生的歧义问题。对于初学者来说，预处理器往往是第一道看不见的障碍，但这本书没有回避这个难点，反而把它当作一个展示C语言强大灵活性的绝佳案例来深入讲解。阅读过程中，我几乎不需要频繁地查阅外部资料来印证书中的观点，因为作者提供的解释已经足够全面和自洽。它就像一套完整的工具箱，你需要的工具都在里面，并且每一个工具的使用方法都写得明明白白，让你能够立即投入到实际的工程实践中去，而不是沉溺于理论的象牙塔中。

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初翻开这本《C语言简明读本》，我的第一感受是那种扑面而来的务实感，完全没有现在很多编程书那种故作高深的腔调。它更像是一位经验丰富的老工程师，坐在你身边，不急不躁地为你勾勒出C语言的骨架。一开始讲到变量和数据类型，作者就非常注重“为什么”——为什么要有指针？指针到底在内存里代表着什么？这种从底层逻辑出发的讲解，让我这个之前学C语言总是停留在“会用”阶段的人，忽然间明白了“所以然”。尤其是关于内存管理的章节，那种庖丁解牛般的剖析，把堆和栈的关系讲得清清楚楚，甚至连野指针产生的机理都用非常形象的比喻做了阐释，让人茅塞顿开。书里的例子代码都短小精悍，但无一不直击要害，读完一个知识点，立马就能在脑中构建出相应的程序结构图。对于长期在高级语言环境中摸爬滚打的开发者来说，这本书无疑是一剂强效的“清醒剂”，帮你重新校准对计算机底层运作的认知，让你的编程思维不再漂浮不定，而是牢牢扎根于机器的实际运行机制之上。我感觉这不是在读一本教材，而是在进行一次深入的“底层考古”，发掘出C语言这门“元老级”语言的真正魅力所在。

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