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出版者:Morgan Kaufmann

作者:Tom McReynolds

出品人:

页数:2768

译者:

出版时间:2008-08-05

价格:USD 420.00

装帧:CD-ROM

isbn号码:9780123746429

丛书系列:

图书标签:

• OpenGL
• 图形学
• 计算机图形学
• 3D图形
• 游戏开发
• 渲染
• 图形API
• 技术
• 编程
• 学习资料

《编程艺术与实践：从底层逻辑到高级应用》 一本深入探索计算机科学核心理念，并以实际项目驱动的综合性技术指南。 在这个信息技术飞速迭代的时代，掌握底层原理与高效的编程范式比以往任何时候都更为关键。本书并非追逐最新的框架或短暂流行的技术热点，而是致力于构建一座坚实的知识桥梁，连接抽象的理论与可操作的工程实践。我们相信，真正的软件大师懂得“为什么”和“如何做”的内在联系。 《编程艺术与实践》从计算机科学的基石——离散数学、数据结构与算法——开始构建起坚实的理论基础。书中详尽阐述了图论、组合数学在解决复杂问题中的应用，并以严谨的篇幅剖析了经典排序、搜索算法的效率分析（时间复杂度和空间复杂度），同时引入了现代并行化算法设计的初步概念，为读者理解高性能计算打下基础。我们通过一系列精心设计的、贴近实际工业场景的练习，确保读者不仅能记住算法，更能灵活地在不同约束条件下选择和优化它们。 --- 第一部分：系统底层与内存管理 本部分着重于揭示程序运行的真实环境——操作系统和硬件。我们将深入讲解操作系统原理的核心模块，包括进程与线程的生命周期管理、内存的虚拟化机制、以及现代CPU的缓存体系结构（L1, L2, L3缓存）如何影响程序性能。 内存的层次结构与优化： 我们将详细探讨栈、堆、数据段的内存布局，并深入讲解内存分配器（如`malloc`/`free`背后的机制）的工作原理。理解内存对齐、局部性原理（空间局部性和时间局部性）对于编写高性能代码至关重要。书中提供了大量 C 语言示例，展示如何通过结构体成员的重新排序来最大化缓存命中率。 并发与同步： 在多核处理器成为标配的今天，并发编程是绕不开的挑战。本书超越了简单的互斥锁（Mutex）讲解，深入剖析了无锁数据结构（Lock-Free Data Structures） 的设计思想，包括原子操作（Atomic Operations）的使用，以及在保证线程安全的前提下，如何避免传统锁带来的死锁和活锁问题。我们还将简要介绍内存模型（如 C++11 Memory Model）对程序可见性的影响。 --- 第二部分：高级软件架构与设计范式 软件系统的复杂性要求我们采用成熟的设计方法论来管理复杂度。《编程艺术与实践》将系统地介绍主流的设计模式，但更侧重于模式背后的设计原则（SOLID、DRY、KISS）。 面向对象进阶与泛型编程： 我们不满足于简单的类和继承，而是深入探讨多态的实现机制（虚函数表/vtable），以及如何在面向对象设计中恰当地使用接口与抽象。对于支持泛型的语言，本书会展示模板元编程（Template Metaprogramming）的强大能力，如何将部分逻辑在编译期完成，以获得零开销的抽象。 函数式编程思维的融入： 现代软件倾向于更高的可预测性和更少的副作用。本书系统性地介绍了函数式编程（FP） 的核心概念，如不可变性（Immutability）、高阶函数、柯里化（Currying）以及范畴论（Category Theory）的初步概念。通过实例演示，读者将学会如何在命令式环境中优雅地采纳函数式思维来简化状态管理。 领域驱动设计（DDD）与微服务架构： 在系统架构层面，本书聚焦于如何构建具有清晰边界和高内聚性的复杂业务系统。我们将探讨限界上下文（Bounded Context） 的划分原则，如何使用事件溯源（Event Sourcing） 和命令查询责任分离（CQRS） 来构建可扩展、易于审计的业务服务。 --- 第三部分：性能优化与底层工具链 理论最终需要落地到高效的执行。本部分是本书的实践核心，专注于如何衡量、分析和改进代码的实际性能。 编译器优化与汇编基础： 理解编译器（如GCC, Clang）如何将高级代码翻译成机器指令至关重要。我们将简要介绍SSA（Static Single Assignment） 形式，以及常见的编译优化标志（如 `-O2`, `-O3`）背后的原理。读者将学习如何阅读和分析生成的汇编代码，从而发现编译器无法优化的“隐藏瓶颈”。 剖析与性能分析（Profiling）： 性能优化的第一步是准确测量。本书详细介绍了火焰图（Flame Graphs） 的生成和解读方法，并指导读者使用如 `perf` (Linux) 或类似的系统级工具，对 CPU 周期、缓存未命中和系统调用进行细致的性能画像。 网络协议栈与延迟优化： 对于依赖 I/O 的应用，网络性能是关键。我们不仅会复习 TCP/IP 的原理，更会深入探讨零拷贝技术、内核旁路（Kernel Bypass） 机制（如 DPDK 的概念），以及在现代云计算环境中如何优化跨区域或跨数据中心的通信延迟。 --- 结语：构建可持续的工程文化 《编程艺术与实践》旨在培养一种对技术深度探索的习惯。我们相信，卓越的软件是工程纪律、深刻理解和持续学习的产物。本书提供的知识体系是跨越特定语言边界的，它赋予读者在任何技术栈中都能快速掌握其深层机制的能力。阅读本书后，读者将不仅是工具的使用者，更是系统架构的思考者和性能瓶颈的终结者。 适合读者： 有至少两年以上编程经验，希望从“能用”到“精通”的软件工程师、系统架构师，以及对计算机科学基础理论有浓厚兴趣的研究人员。

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我购买这本书的初衷，是想找一本能系统梳理现代图形API（比如Vulkan或DirectX 12）底层设计哲学的参考书。坦白说，这本书在这方面做得相当出色，它并没有被任何特定的API厂商束缚，而是从通用的概念出发，阐释了如何高效地管理资源绑定组（Descriptor Sets）和命令提交（Command Submission）。这种跨平台的、更偏向底层设计思想的讲解，让我对现代GPU编程范式的理解上了一个大台阶。它教会你如何“思考”并发，而不是仅仅“写入”并发代码。此外，它对调试和性能分析工具的使用也提供了不少独到的见解，指出了一些常见陷阱。这本书的语言风格带着一种老派的学术严谨，偶尔会显得有些晦涩，但每一个复杂的概念后面，几乎都紧跟着一个精心设计的图示或伪代码示例来强行拉回读者的注意力。总的来说，这是一本需要耐下心来、反复咀嚼才能品出真味的深度技术典籍。

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吸引我持续阅读下去的，是这本书在“艺术性”与“工程性”之间找到的那个微妙的平衡点。它不仅教你如何画出三角形，更重要的是，它探讨了如何在有限的算力预算下，实现出令人惊艳的视觉效果。比如，关于LOD（细节层次）系统的实现，书中给出的不是单一的最佳方案，而是对比了多种策略的优劣，并分析了它们在不同场景下的适用性。这种辩证的分析方式，极大地拓宽了我的思路。书中的章节组织也体现了这一点，它会突然从高层的效果讨论，一下子切换到低层的内存对齐和缓存效率分析，这种节奏的转换很有冲击力。我感觉作者是一位极富热情的布道者，他似乎迫不及待地想把所有他认为重要的、但往往被主流教材忽略的“业界秘辛”倾囊相授。对于希望在图形领域做出创新，而不是仅仅重复前人工作的读者来说，这本书无疑提供了一个极具启发性的思维框架。

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这部新作，从翻开扉页起，就给我带来一种扑面而来的、沉甸甸的学术气息。它绝非那种轻描淡写的入门指南，而是直接切入了图形学最核心、最精妙的部分。作者显然对底层的渲染管线有着非凡的洞察力，书中对矩阵变换、光照模型（尤其是PBR的实现细节）的讲解，详尽到近乎教科书式的严谨。我尤其欣赏它对GPU并行计算特性的深入挖掘，很多地方都涉及到了Shader编程中那些微妙的性能优化点和数据布局的考量。读起来，感觉像是在一位资深图形引擎架构师的指导下，一步步拆解一个复杂系统的内部运作机制。它要求读者具备扎实的线性代数基础和一定的C++编程功底，但一旦你跟上了节奏，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。这本书的图示虽然克制，但每一张都精准地服务于概念的阐释，没有丝毫冗余。对于那些渴望从“会用API”跃升到“理解原理”的开发者而言，这绝对是一笔宝贵的财富，能帮你构建起坚实而深刻的图形学知识体系。

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这本书的排版和组织结构，展现出一种非常清晰的、自顶向下（Top-Down）的教学思路，但又巧妙地穿插了大量自底向上（Bottom-Up）的实现细节。初看之下，内容似乎有些庞杂，涉及了从几何体裁切到抗锯齿策略的方方面面。我特别喜欢其中关于材质模型的部分，它没有简单地罗列几种BRDF模型，而是深入剖析了它们背后的物理基础和近似误差，这对于追求真实感渲染的艺术家和程序员来说至关重要。我发现自己经常需要对照着官方文档来交叉验证某些参数的含义，这反而加深了我的理解，因为它促使我去主动探索标准而非被动接受信息。虽然某些章节的数学推导略显跳跃，需要读者自行补足一些微积分的步骤，但这恰恰体现了其定位——它不是一个面向零基础的入门读物，而是一部旨在帮助有经验者精进技艺的“内功心法”。读完后，我对渲染流水线的信心指数绝对是直线上升。

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说实话，我本来对这类技术手册抱持着一种审慎的态度，因为市面上太多堆砌API文档的“速成读物”。然而，这本厚厚的合集，却给我带来了一种久违的“实战感”。它没有过多纠缠于历史沿革或过时的固定管线概念，而是将重点聚焦在了现代实时渲染中的关键挑战，比如阴影处理的各种高级技术（从PCF到CSM的演进），以及如何高效地管理和流式传输大规模纹理资源。最让我眼前一亮的是它对计算着色器（Compute Shader）应用的探讨，书中给出的案例并非玩具性质的Demo，而是真正能解决复杂问题（比如粒子系统模拟或后处理效果的并行加速）的实战方案。作者的叙事风格非常直接，带着一种资深工程师特有的务实和不拖泥带水。阅读过程就像是参与了一个高强度的技术研讨会，时不时需要停下来，对着屏幕上的代码片段默默推演几个循环，才能完全吸收其精髓。它适合那些已经熟悉了基本流程，现在正寻求突破性能瓶颈和实现前沿效果的进阶用户。

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