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出版者:7-09999

作者:本社

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价格:23.5

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isbn号码:9789579855143

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好的，这是一本关于深度编程语言设计与实践的图书简介，内容与“便宜购屋铁则”无关： --- 《编译器与运行时环境：面向现代硬件的底层设计艺术》 —— 深入理解从源代码到机器指令的完整转换链条与高效执行机制 作者：[此处留空，模仿专业书籍的写作风格] ISBN：[此处留空，模仿专业书籍的格式] 内容概述 在这个计算能力飞速迭代的时代，软件的性能瓶颈往往不再仅仅受限于算法复杂度，而更多地暴露在底层架构、内存布局、并发模型以及编译器优化策略的限制之下。《编译器与运行时环境：面向现代硬件的底层设计艺术》并非一本着眼于应用层框架或特定语言特性的指南，它是一部深入探讨编程语言实现核心的权威著作。本书旨在为高级软件工程师、系统架构师、编译器开发者以及对计算机科学基础有深刻追求的研究人员，提供一套完整的、从理论到实践的底层设计蓝图。 本书的核心目标是揭示高级抽象（如C++、Rust、Go等语言）是如何被精确地映射到复杂的、异构化的现代处理器架构（如多核CPU、GPU、向量单元）之上，并确保执行效率的极致发挥。我们不仅探讨如何构建一个功能完备的语言实现，更聚焦于如何设计一个能充分利用当前硬件特性的、具有前瞻性的运行时系统。 全书结构严谨，层次分明，从形式语言理论的基石出发，逐步攀升至复杂的即时编译（JIT）和垃圾回收（GC）机制。 第一部分：形式化基础与前端实现 (The Foundation and Front-End) 本部分为构建任何稳健编程语言的必备知识奠定基础。我们不再停留在教科书上对LL(1)或LR解析的肤浅描述，而是深入探究LALR(1)冲突的解决策略、基于Earley算法的通用解析器构建，以及如何在增量编译场景下高效地处理源代码变更。 词法分析的范式转换： 探讨如何使用DFA（确定性有限自动机）的最小化算法来优化词法扫描器的性能，特别是对于处理包含大量宏或复杂预处理器指令的语言。 抽象语法树（AST）的结构与语义分析： 重点讲解如何构建既能精确表达语言语义，又便于后续优化器遍历的AST表示。我们将详细分析类型系统的正式语义（如Hindley-Milner类型推导），以及如何在语义分析阶段引入先进的依赖类型检查的初步框架。 中间表示（IR）的演进： 从三地址码（Three-Address Code, TAC）到静态单赋值（Static Single Assignment, SSA）形式的转换过程。SSA的构建不仅仅是语法转换，更涉及复杂的常量折叠与死代码消除的预处理。本书提供了构建一个高效、易于分析的SSA生成器的完整流程，并对比了基于SSA和基于Def-Use链的分析方法的优劣。 第二部分：后端优化与代码生成 (The Back-End: Optimization and Code Generation) 这是本书的核心与精华所在，聚焦于如何将平台无关的IR转化为高性能、平台特定的机器码。我们强调现代编译器优化的迭代性和局部性。 平台无关优化（PGO – Platform Agnostic Optimizations）： 深入剖析指令选择、寄存器分配、循环展开、过程间常量传播（Interprocedural Constant Propagation, ICP）的先进算法。寄存器分配不再仅仅使用图着色法（Graph Coloring），而是结合线性扫描和优先度排序，以应对现代CPU中稀缺的物理寄存器资源。 面向特定微架构的代码生成： 如何针对ARMv8、x86-64以及RISC-V等架构，进行指令调度以最大化流水线利用率，以及内存访问模式的重排序以适应缓存层级结构。我们将详细介绍如何通过分析IR中的数据依赖图（DDG）来生成最优的指令序列。 向量化（SIMD）的自动化： 探讨如何通过自动向量化分析（如依赖性分析、循环对齐检查）将标量代码转换为SIMD指令（如AVX-512或NEON）。本书提供了构建模式匹配器的详细方法，用于识别可以安全地提升到向量指令集的代码片段。 第三部分：运行时系统与并发模型 (Runtime Systems and Concurrency Models) 一个高性能的语言实现离不开一个高效的运行时环境。本部分聚焦于内存管理、线程调度以及语言特定的抽象机制如何转化为底层操作系统和硬件原语。 高级内存管理与垃圾回收（GC）： 详细对比分代、追踪式、引用计数、并发/并行GC的实现细节与性能权衡。我们着重分析如何设计一个低延迟的、非停顿（Pause-less）的并发收集器，包括屏障（Write Barrier）的实现复杂性与开销分析。 现代并发模型映射： 如何将Go的Goroutine、Erlang的Actor模型或Rust的所有权系统，安全、高效地映射到操作系统的原生线程（pthreads/std::thread）之上。特别关注无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的构建，如基于CAS（Compare-and-Swap）操作的队列和栈。 即时编译（JIT）的高级策略： 探讨Tiered Compilation（分层编译）的架构，从解释器到C1（快速优化）再到C2（完全优化）编译器的平滑过渡。分析方法的“热度”追踪与去优化（Deoptimization）机制，这是保证JIT系统兼顾启动速度与长期运行性能的关键。 本书的独特价值 1. 深度与广度的结合： 本书超越了单纯的编译器构造（如Dragon Book），而是深入到现代硬件的实际限制中，提供了针对L1/L2缓存友好、分支预测友好的代码生成策略。 2. 实践导向的架构设计： 提供了构建一个完整、可扩展、可维护的现代语言实现（例如，一个类似LLVM/GCC中端的小型化框架）的工程经验，而非仅仅停留在理论推导。 3. 前瞻性技术探讨： 包含了对领域特定语言（DSL）的嵌入式编译器设计、异构计算（如使用OpenMP或CUDA C++）的代码注入机制，以及硬件安全特性（如内存加密、隔离区）在运行时环境中的初步集成探讨。 谁应该阅读本书？ 希望设计下一代高性能编程语言或领域特定语言的工程师。 负责优化大型系统（如数据库、虚拟化层、高性能计算库）底层性能的资深开发者。 对操作系统、计算机体系结构有深入理解，并希望探索从源代码到执行之间的“黑箱”的计算机科学专业学生和研究人员。 --- 《编译器与运行时环境：面向现代硬件的底层设计艺术》—— 掌握计算的真正根基，驾驭性能的最终边界。

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