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出版者:北京邮电大学

作者:丁振凡

出品人:

页数:307

译者:

出版时间:2008-1

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787563515592

丛书系列:

图书标签:

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探索 C++ 现代编程范式：从基础到实践的深入解析 图书名称：C++ 现代编程实践与性能优化 图书简介： 本书旨在为希望深入理解和掌握 C++ 现代编程特性（C++11 至 C++23 标准）的开发者提供一本全面、深入且高度实用的指南。我们深知，在当今软件开发领域，C++ 不仅仅是一种语言，更是一种构建高性能、高可靠性系统的基石。本书将摒弃对基础语法概念的冗长叙述，而是专注于揭示 C++ 强大能力背后的设计哲学、最新的语言特性如何提升开发效率，以及如何编写出既清晰又极致高效的代码。 面向读者： 本书面向具有一定 C/C++ 基础，希望将技能提升到专业水平的软件工程师、系统架构师、游戏开发者、嵌入式系统工程师，以及任何对底层性能和内存管理有深入追求的程序员。如果您感到现有的 C++ 代码库维护困难，或者不确定如何利用最新的标准来优化性能瓶颈，那么本书将是您不可或缺的参考手册。 全书结构与核心内容： 本书共分为五个主要部分，层层递进，确保读者能够系统地构建起现代 C++ 的知识体系。 --- 第一部分：现代 C++ 的核心支柱——类型系统与内存模型重塑 本部分将聚焦于 C++ 标准演进带来的基础性变革，特别是对类型系统和内存模型理解的深化。 1. 统一的初始化与变量声明： 我们将详细解析列表初始化（`{}`）、`auto` 关键字的精确推导规则，以及何时应该使用 `decltype` 和 `decltype(auto)` 来精确控制类型，避免隐式转换带来的陷阱。重点讨论如何利用统一初始化来消除 C 风格初始化与 C++ 风格初始化之间的歧义。 2. 强大的类型工具箱： 深入探讨 `static_assert` 在编译期验证中的威力。我们将展示如何利用模板元编程（TMP）的现代替代方案——常量表达式（`constexpr`），编写出在编译期执行复杂计算、数据结构初始化和逻辑判断的代码。这包括 `constexpr` 函数、构造函数以及 C++20 中对 `constexpr` 限制的放宽，使其能够处理更复杂的编译期逻辑。 3. 内存管理的范式转移： 本书不对原始的 `new`/`delete` 进行过多纠缠，而是将重点放在 智能指针 的深入应用。我们将详细剖析 `std::unique_ptr`、`std::shared_ptr` 和 `std::weak_ptr` 的内部实现机制、引用计数的工作原理、循环引用问题的识别与规避，以及如何正确使用自定义的删除器（Deleter）来适配非标准资源（如文件句柄、Socket 连接）。同时，深入探讨 C++17 引入的 `std::optional`、`std::variant` 和 `std::any`，展示它们如何提供类型安全、结构化的替代方案，以取代裸指针或冗长的错误码检查。 --- 第二部分：性能的基石——移动语义与资源高效管理 性能优化往往始于对资源拷贝的消除。本部分将全面解析移动语义如何彻底改变 C++ 的性能景观。 1. 右值引用与移动构造/赋值： 详细解释 Rvalue References（右值引用）和 C++11 引入的移动语义（Move Semantics）的底层原理。我们将通过实例展示，如何正确地为自定义容器和资源管理类实现高效的移动构造函数和移动赋值运算符。重点区分浅拷贝与深拷贝在移动操作中的处理方式。 2. 完美转发与通用引用： 深入理解转发引用（Forwarding References，常被误称为通用引用）的魔力，以及 `std::forward` 的作用。我们将通过构建通用的工厂函数、包装器（Wrappers）和装饰器（Decorators）来演示如何保证传入的参数无论左值还是右值，都能以其原始的“值类别”被传递到下游函数，从而实现零开销抽象。 3. 资源获取即初始化 (RAII) 的现代化： 超越简单的智能指针，本章探讨更复杂的 RAII 模式，如使用 `std::scoped_lock` 替代手动的互斥锁锁定与解锁，以及如何使用 RAII 封装特定硬件或操作系统资源。 --- 第三部分：并发与并行编程的现代工具箱 多核处理器已是标配，编写正确、高效的并发代码是现代 C++ 工程师的必备技能。 1. 线程管理与异步任务： 全面介绍 `std::thread` 的生命周期管理，并着重讲解 Futures（未来式）和 Promises（承诺式），如何利用它们在不同线程间安全地传递结果和处理异常。 2. 内存模型与原子操作： 这是理解并发性能的关键。我们将详细阐述 C++ 内存模型（Memory Model），解释什么是数据竞争（Data Race）。深入学习 `std::atomic` 模板，并对照硬件指令集，探讨不同的内存顺序（Sequences）：`memory_order_relaxed`、`memory_order_acquire/release` 和 `memory_order_seq_cst` 在性能和正确性之间的权衡。 3. 协程（Coroutines）的崛起（C++20）： 本书将投入大量篇幅介绍 C++20 引入的协程特性。我们将从底层概念（Promise Type, Coroutine Handle）入手，逐步构建用户级的异步操作框架，展示协程如何通过暂停和恢复机制，彻底简化复杂的状态机和异步 I/O 操作，实现同步风格的异步代码。 --- 第四部分：抽象与泛型编程的飞跃 模板元编程（TMP）的复杂性正被更易读、更强大的编译期工具取代。 1. Concepts（概念）驱动的泛型编程（C++20）： 彻底告别晦涩的 SFINAE（替换失败不是错误）技巧。本章将详述如何使用 `requires` 表达式和预定义概念（如 `std::integral`, `std::same_as`）来清晰地约束模板参数，使编译器错误信息更具可读性，并提高模板的组合性。 2. 模块（Modules）的革命（C++20）： 详细解析 C++ 模块如何解决传统头文件包含机制带来的编译速度慢、宏污染等问题。我们将指导读者如何设置、构建和导入自定义模块，实现前所未有的快速增量编译。 3. 关系型算法与管道操作符： 探索 C++20/23 中引入的新型算法，以及如何利用操作符重载构建清晰的 管道（Pipelining） 结构，使数据流的转换过程更加直观易懂。 --- 第五部分：实用工具、性能剖析与工程实践 本部分侧重于将理论知识应用于实际工程问题，提高代码的健壮性和可维护性。 1. 异常安全保证的实现： 系统讲解强异常安全、弱异常安全和基本异常安全的概念。通过具体实例（如自定义容器的迭代器失效处理），展示如何设计出满足特定异常安全级别的代码。 2. 编译期性能分析与优化： 介绍如何利用编译器内建的优化标志（如 `-O3`、Link-Time Optimization LTO）来最大化代码性能。讲解内联（Inlining）的机制、避免过度内联的风险，以及如何使用 `__attribute__((always_inline))` 等特定平台扩展进行精细控制。 3. 现代 C++ 工具链与调试： 涵盖构建系统（如 CMake）在处理新标准特性（如模块、协程）时的配置技巧。介绍 Valgrind、AddressSanitizer (ASan) 和 ThreadSanitizer (TSan) 等工具，用于发现内存泄漏、越界访问和数据竞争等难以追踪的运行时错误。 结语： 《C++ 现代编程实践与性能优化》不仅仅是一本参考书，它是一份通往 C++ 领域的“加速通行证”。通过本书的学习，读者将能够自信地驾驭 C++ 最新标准提供的所有强大工具，编写出既贴近硬件性能，又兼具现代软件工程高可读性、高可维护性的复杂系统。我们相信，掌握了这些现代范式，您将能显著提升您在高性能计算和底层软件开发中的竞争力。

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