C++ Programming Fundamentals (Cyberrookies Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Charles River Media

作者:Chuck Easttom

出品人:

页数:417

译者:

出版时间:2003-01-01

价格:USD 34.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781584502371

丛书系列:

图书标签:

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好的，这是一本关于计算机编程基础的图书简介，内容详实，旨在为初学者和希望夯实基础的开发者提供全面的指导。 --- 《深入理解计算机科学：从原理到实践》 版本信息： 2024年版 目标读者： 计算机科学专业学生、软件工程初学者、希望系统学习编程基础和计算机系统原理的自学者。 内容概述： 本书旨在为读者构建一个坚实的计算机科学理论和实践基础。不同于专注于特定编程语言语法的书籍，《深入理解计算机科学：从原理到实践》 致力于剖析计算机如何工作、软件是如何被构建和执行的底层机制。我们相信，只有深刻理解了背后的原理，才能编写出高效、健壮且易于维护的代码。 全书内容围绕现代计算系统的核心支柱展开，涵盖了从最底层的硬件交互到高级软件设计范式的全面知识体系。本书结构清晰，逻辑严密，力求在保证理论深度的同时，提供足够的实践案例来固化读者的理解。 --- 第一部分：计算基础与硬件架构 本部分是理解所有软件如何运行的基石。我们从最基本的二进制表示法开始，逐步深入到现代处理器的设计哲学。 第一章：信息表示与数字系统 本章详细阐述了数字在计算机内部的表示方式。我们不仅仅停留在二进制、八进制和十六进制的转换上，而是深入探讨了定点数和浮点数的IEEE 754标准，以及这些表示法在精度和范围上的实际限制。此外，本章还覆盖了逻辑门（与、或、非、异或）的构建以及它们如何组合成更复杂的组合逻辑电路，如加法器和多路选择器。 第二章：处理器核心与指令集架构（ISA） 本章剖析了中央处理器（CPU）的内部结构。我们将解析冯·诺依曼体系结构的关键组成部分——程序计数器（PC）、寄存器堆、算术逻辑单元（ALU）和控制单元。重点内容包括指令的生命周期（取指、译码、执行、写回），以及不同类型的指令集（如精简指令集RISC和复杂指令集CISC）的设计哲学及其对性能的影响。本章将通过一个简化的虚拟CPU模型，让读者亲手模拟指令的执行过程。 第三章：内存层次结构与性能优化 现代计算机性能的瓶颈往往在于数据存取速度的差异。本章系统地介绍了内存的层级结构：寄存器、高速缓存（Cache）、主存（RAM）和二级存储（SSD/HDD）。我们将详细解释缓存的工作原理，包括映射策略（直接映射、全相联、组相联）、替换策略（LRU、FIFO）以及写回/写穿策略。理解缓存未命中和局部性原理（时间局部性和空间局部性）是优化程序性能的关键所在。 --- 第二部分：系统软件与操作系统核心 理解了硬件如何工作后，我们转向系统软件——操作系统（OS），它是连接应用软件和硬件资源的桥梁。 第四章：操作系统导论与进程管理 本章定义了操作系统的核心职责，如中断处理、I/O管理和资源分配。我们将深入探讨进程（Process）与线程（Thread）的概念区别，以及它们在内存中的表示。进程控制块（PCB）的结构、上下文切换的机制，以及进程间通信（IPC）的各种方法（管道、消息队列、共享内存）将作为本章的重点内容。 第五章：并发、同步与死锁 并发编程是现代软件开发的基石，但同时也带来了复杂的同步问题。本章全面讲解了并发控制的基本工具：互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和条件变量。我们还将分析竞态条件（Race Condition）的产生原因，并提供避免死锁（Deadlock）的必要条件和检测、预防算法（如银行家算法）。 第六章：虚拟内存与地址翻译 本章揭示了操作系统如何“欺骗”程序，使其认为自己拥有一个连续且庞大的地址空间。我们将详细解释分页（Paging）和分段（Segmentation）机制，以及多级页表如何实现虚拟地址到物理地址的动态翻译。缺页中断（Page Fault）的处理流程和页面置换算法（OPT、FIFO、Second Chance）是理解操作系统内存管理的关键。 --- 第三部分：数据结构与算法的基石 高效的程序依赖于优秀的数据组织和问题解决策略。本部分回归到计算机科学的核心——算法和数据结构。 第七章：线性与非线性数据结构 本章系统梳理了基础数据结构。在线性结构中，我们将对比数组、链表（单向、双向、循环）的插入和删除效率。在非线性结构中，我们将重点介绍树（Tree），包括二叉树、平衡二叉搜索树（AVL树、红黑树的基本原理）、堆（Heap）及其在优先队列中的应用。 第八章：图论基础与遍历 图结构是建模复杂关系（如社交网络、地图导航）的强大工具。本章介绍图的表示方法（邻接矩阵与邻接表）。核心内容包括图的两种基本遍历算法：广度优先搜索（BFS）和深度优先搜索（DFS），以及它们在实际问题中的应用，如连通分量的识别和拓扑排序。 第九章：核心排序与搜索算法分析 本章聚焦于性能分析。我们将对比和实现各种排序算法，包括插入排序、选择排序、归并排序、快速排序和堆排序。重点在于使用大O表示法来量化它们的最好、最坏和平均时间复杂度，并讨论算法选择的实际考量。此外，二分查找等高级搜索技术的效率也将被深入探讨。 --- 第四部分：编译、链接与运行环境 本部分旨在弥合源代码与可执行机器码之间的鸿沟，揭示程序是如何从文本文件变成在CPU上运行的指令的。 第十章：程序编译与汇编语言基础 本章将程序翻译过程分解为预处理、编译、汇编和链接四个阶段。读者将学习如何阅读和理解由编译器生成的简化汇编代码，识别栈帧（Stack Frame）的结构、参数传递约定（Calling Convention）以及局部变量和返回地址的存储方式。 第十一章：链接器与加载器的工作原理 一个完整的程序往往由多个源文件和库文件组成。本章深入剖析静态链接和动态链接的区别与联系。我们将解释符号解析（Symbol Resolution）、重定位（Relocation）的过程，以及动态链接库（DLL/SO）如何在运行时被加载到进程地址空间中，实现代码共享。 第十二章：程序执行模型与安全性 本章讨论了程序在内存中的布局（代码段、数据段、堆、栈）。我们将分析缓冲区溢出（Buffer Overflow）攻击的原理，并介绍现代编译器和操作系统如何通过栈保护、ASLR（地址空间布局随机化）等技术来缓解这些常见的安全漏洞，从而强化读者的安全编程意识。 --- 本书特色： 理论与实践并重： 每章末尾都附有“原理剖析与动手实践”环节，引导读者使用类C/类汇编伪代码或脚本语言实现关键概念。 跨领域融合： 统一使用一致的术语和模型，贯穿硬件、操作系统、编译器和算法四个核心领域。 深度而非广度： 专注于解释核心概念的“为什么”和“如何做”，避免陷入特定工具或库的琐碎细节。 《深入理解计算机科学：从原理到实践》 不仅仅是一本参考书，更是一张通往高效、专业软件开发的路线图。掌握了这些基础，您将能够自信地驾驭任何一门新兴编程语言或复杂的软件系统。

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读完这本书，我最大的感受是它对现代C++特性的平衡把握。在这个“万物皆可泛型”的时代，许多教材仍然沉溺于C++98的陈旧语法，导致读者学到的知识与当前工业界的主流实践脱节。然而，这部作品则清晰地展示了C++11、14乃至后续标准带来的革新。特别是智能指针（`std::unique_ptr`和`std::shared_ptr`）的章节，讲解得深入而彻底，它没有停留在“它能自动释放内存”的表面描述上，而是深入剖析了引用计数的工作原理，以及它们如何优雅地解决了C语言时代手动管理内存带来的灾难性后果。此外，书中对“右值引用”和“移动语义”的介绍，虽然在难度上有所提升，但作者通过对比“复制”与“转移”操作的性能差异，成功地将这个相对底层的概念提升到了性能优化的战略高度。这种处理方式，使得读者不仅学会了“怎么写”，更明白了“为什么要这样写”。对于那些渴望从“会用”C++迈向“精通”C++的读者来说，这种前沿知识的融入是至关重要的，它确保了我们手中的知识体系是面向未来、与时俱进的。

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这本书的结构设计简直是教科书级别的典范。它采用了模块化学习的策略，每一章都像是一个独立的工作坊，围绕一个核心主题构建。章节的组织逻辑非常清晰：首先是理论基础的奠定，接着是代码示例的展示，然后是一系列难度递增的编程挑战，最后往往会有一个“综合应用案例”，将本章所学与前几章的内容串联起来，形成一个完整的知识网络。我特别欣赏它的“挑战”环节，它们往往不是那种简单的“输入A输出B”的练习，而是要求读者进行小的架构设计，比如实现一个简单的日志系统，或者设计一个具备基本生命周期管理的类。这种强迫你主动思考类与类之间关系的设计练习，远比单纯复制代码来得有价值。而且，书中的排版也极为友好，关键术语和代码块的着色与高亮处理得当，即便是长时间阅读也不会感到视觉疲劳。这种对细节的打磨，体现了作者对读者学习体验的深度关怀，让枯燥的技术学习过程变得更加愉悦和高效。

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这部著作以一种近乎手把手的方式，将C++这门历史悠久但又极具现代应用价值的语言，以一种极其平易近人的姿态呈现在了我们面前。作者似乎深谙初学者在面对指针、内存管理以及复杂模板机制时的那种望而却步，因此，开篇并未急于抛出晦涩的理论，而是从最基础的变量声明和基本输入输出开始，用极其生活化的比喻，勾勒出程序世界的骨架。我尤其欣赏它对“抽象”这个核心概念的阐释，它没有直接定义它是什么，而是通过构建一系列递进的、不断抽象化的例子——从简单的计算器到更复杂的对象交互模型——让读者自然而然地领悟到高层设计的美妙与必要性。每当引入一个新的控制结构，例如循环或条件判断时，书中总会附带一小段“陷阱警示”，提醒我们实际编程中容易犯的逻辑错误，这种前瞻性的指导，极大地减少了调试时的挫败感。更不用说，对于初学者而言，理解面向对象编程（OOP）的四大支柱往往是一个巨大的鸿沟，但此书的处理方式非常巧妙，它将“封装”比喻成一个带有清晰接口的黑箱设备，将“继承”比喻成物种的演化，使得原本抽象的术语立刻变得具象化和可感知。这种注重实践和体验的学习路径，让原本枯燥的语法学习过程，变成了一次充满发现的旅程。

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这本书最让我感到惊喜的是，它在深度和广度上找到了一个近乎完美的平衡点，尤其是在处理“系统编程接口”的部分。很多入门书籍在接触到操作系统级别的交互时就戛然而止，或者只是蜻蜓点水。然而，这部作品勇敢地深入探讨了`fstream`库在文件I/O中的异步操作潜力，并简要介绍了如何利用标准库中的线程和并发机制（`std::thread`）来构建简单的多任务应用。尽管这些内容尚未达到专业并发编程的深度，但它已经为读者打开了一扇通往更广阔世界的窗户，让人意识到C++不仅仅能用来写桌面应用或游戏，它更是系统底层和高性能计算的基石。通过对这些高级概念的适度引入，它有效地激发了读者的求知欲，让他们明白，完成本书的学习，仅仅是站在了C++能力金字塔的底部。这种引导性的架构，让整个学习过程充满了持续的动力和对未来深入探索的期待，而不是学完就束之高阁的工具书。

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如果说许多编程书籍是冷冰冰的工具手册，那么这部作品则更像是一位经验丰富的导师在耳边低语。它不仅仅传授语法，更试图灌输一种“C++程序员的思维模式”。在讲解标准模板库（STL）时，作者没有将容器和算法简单地罗列出来，而是着重强调了STL的设计哲学——数据结构与算法的分离，以及迭代器概念的强大之处。书中用大量的篇幅解释了为什么应该优先使用`std::vector`而非裸数组，以及在什么情况下`std::map`的性能会不如`std::unordered_map`，这种对“时空复杂度”的直观讲解，远比教科书上的公式推导来得实在。此外，书中对于错误处理的讨论也极其到位，它不鼓励使用C风格的错误码返回，而是强力推崇异常机制（Exception Handling），并通过实例展示了如何利用`try-catch`块构建健壮的程序边界。这种对良好编程习惯的坚持和引导，使得读者在学习基础知识的同时，也在无形中培养了编写高质量、可维护代码的素养，这对于未来进入大型项目组是至关重要的软技能。

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