C Programming for Scientists and Engineers with Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Reddy, Rama

出品人:

页数:838

译者:

出版时间:2009-8

价格:$ 185.26

装帧:

isbn号码:9780763739522

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 科学计算
• 工程应用
• 编程入门
• 算法
• 数据结构
• 数值分析
• 程序设计
• 计算机科学
• 软件开发

好的，这是一本名为《Advanced C Techniques for Systems Programming》的图书简介： --- 《高级 C 语言技巧：系统编程的实践与精要》 作者： [此处可填写真实的或虚构的作者姓名] 出版社： [此处可填写真实的或虚构的出版社名称] 书号（ISBN）： [此处可填写真实的或虚构的ISBN] --- 图书简介 在当今快速演进的软件开发领域，C 语言依然是操作系统内核、嵌入式系统、高性能计算和底层驱动开发的核心基石。然而，仅仅掌握 C 语言的基本语法和标准库函数，已不足以应对现代复杂系统对效率、安全性和稳定性的严苛要求。《高级 C 语言技巧：系统编程的实践与精要》旨在填补这一空白，它不是一本面向初学者的 C 语言入门教材，而是为那些已经熟练掌握 C99/C11 标准，并希望深入理解内存模型、并发机制、性能优化以及编写健壮、可维护的系统级代码的开发者、系统工程师和资深程序员量身打造的进阶指南。 本书将读者从“会写 C 代码”的层面，提升到“精通 C 语言底层机制并能设计高可靠性软件”的境界。全书内容围绕 实践驱动、原理深入 的核心理念展开，力求将晦涩的底层概念转化为可操作的工程实践。 第一部分：深入内存模型与数据布局的艺术 本部分将彻底解构 C 语言与底层硬件架构之间的桥梁。我们将超越 `malloc` 和 `free` 的表面调用，深入探索动态内存管理的内部机制。 1. 现代内存分配器剖析： 详细分析 `dlmalloc`、`jemalloc` 和 `tcmalloc` 等主流内存分配器的设计哲学、内存池管理、小内存块/大内存块的分配策略，以及如何应对内存碎片化问题。我们不仅会讨论如何使用它们，更会探讨它们如何在内核态和用户态进行交互。 2. 缓存一致性与内存屏障： 在多核处理器时代，理解 CPU 缓存层级（L1/L2/L3）至关重要。本章将深入讲解 伪共享（False Sharing） 问题，并详细阐述在不同架构（如 x86-64 和 ARM）下，`volatile` 关键字的真正含义，以及如何正确使用 内存屏障（Memory Barriers） 来保证跨 CPU 的数据可见性。 3. 结构体布局与对齐的精细控制： 讲解编译器如何进行结构体打包（Padding）以优化访问速度。读者将学习如何利用 `__attribute__((packed))` 或特定平台指令，在空间效率和访问速度之间做出最优决策，特别是在网络协议栈或硬件寄存器映射的场景中。 第二部分：健壮性、安全性和错误处理的系统哲学 系统级代码必须具备极高的容错性。本部分专注于防御式编程和预防性架构设计，以避免灾难性的运行时错误。 1. 未定义行为（Undefined Behavior, UB）的陷阱与规避： UB 是 C 语言中最危险的特性之一。本书将系统性地梳理 C 标准中所有常见的 UB 场景（如符号整数溢出、越界指针访问、函数调用约定冲突），并介绍如何使用现代编译器诊断工具（如 Clang Sanitizers, Valgrind）来主动检测和消除这些隐患。 2. 健壮的错误报告与资源管理： 讨论超越简单 `errno` 的错误处理模式，如利用 上下文相关的错误码 传递机制。重点讲解如何使用 RAII（Resource Acquisition Is Initialization） 思想的 C 语言实现，通过栈展开机制（Setjmp/Longjmp 的受控使用）来确保资源（文件句柄、锁、内存）的自动清理，即使在发生异常流程时也能保证状态的完整性。 3. 指针算术与数组边界的绝对安全： 介绍如何利用编译时常量和类型安全的宏定义，将运行时指针检查转化为编译时验证。针对复杂的循环和多维数组操作，提供一套严格的边界验证框架，有效杜绝缓冲区溢出。 第三部分：并发编程与高性能并行化 本部分聚焦于现代多核环境下的 C 语言并发编程，这是构建高性能服务器和实时系统的核心技能。 1. Pthreads 的深入应用与陷阱： 详细介绍互斥锁、条件变量、读写锁的正确使用，以及如何设计 无锁数据结构 的基本原理。重点分析 死锁（Deadlock）、活锁（Livelock） 和 饥饿（Starvation） 的成因与避免策略，并介绍如何使用工具链进行并发调试。 2. 原子操作与内存模型： 在不使用重量级锁的情况下实现线程安全。本书将讲解 GCC/Clang 提供的 原子内置函数（Atomic Builtins），并结合 C11 标准的 `` 库，讲解如何实现高性能的自旋锁、CAS（Compare-and-Swap）循环，以及构建高效的并发队列。 3. 函数式编程思想在 C 中的应用： 探索如何利用高阶函数（通过函数指针实现）和不可变性（Immutable Data）来简化并发代码的逻辑，减少副作用，从而提升代码的可推理性和并行度。 第四部分：系统集成与工具链的深度利用 本部分关注 C 代码如何与其他组件高效协作，以及如何利用先进的工具链来提升开发效率和代码质量。 1. Frictionless 外部函数接口（FFI）： 讲解如何高效地编写 C 库并与动态链接库（`.so`/`.dll`）交互，特别关注跨语言调用（如与 Python/Rust 交互）时的 ABI 兼容性和数据类型转换的最佳实践。 2. 链接器脚本与加载过程： 深入理解 ELF/Mach-O 文件格式，学习如何编写和定制 链接器脚本 来精确控制代码段、数据段和 BSS 段在内存中的布局，这对于实现自定义启动序列或定制嵌入式系统至关重要。 3. 代码质量保证与性能分析： 介绍使用 Coverity 或 Cppcheck 等静态分析工具进行深度代码审查的最佳实践。同时，详细演示使用 perf、gprof 或 VTune 等性能分析工具，如何定位代码中的热点（Hot Spots），并指导开发者如何根据分析结果进行针对性的优化，例如循环展开、指令级并行利用等。 目标读者 本书适合具有两年以上 C 语言经验的软件工程师、嵌入式系统开发者、操作系统或编译器开发人员，以及任何希望将 C 语言能力提升至系统级、对代码的性能和可靠性有极致追求的技术人员。掌握标准 C 库和基本指针概念是阅读本书的前提。 《高级 C 语言技巧：系统编程的实践与精要》承诺提供一个严谨、深入且高度实用的学习路径，帮助读者真正驾驭 C 语言这门强大的底层工具，构建出稳定、高效、经得起时间考验的系统软件。

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这本书简直是为我量身定做的！我是在一个数据科学项目中急需快速掌握C语言，但又不想在那些纯理论的书上浪费太多时间时遇到的它。说实话，一开始我对这种“针对特定群体”的书持保留态度，总觉得会把内容搞得很肤浅或者过度简化。但是，这本书完全打消了我的顾虑。它没有一开始就堆砌复杂的指针运算或者内存管理细节，而是非常巧妙地将C语言的基础语法与我们日常会遇到的工程和科学计算中的实际问题结合起来。比如，它用非常直观的例子解释了结构体（structs）如何用来构建分子模型的数据结构，而不是空泛地讲“结构体可以组合数据类型”。更让我印象深刻的是，它对数组和动态内存分配的讲解，简直是教科书级别的清晰，但又带着一种实战的紧迫感。我尤其喜欢它在介绍文件I/O时，直接就带入了一个读取大型实验数据文件的场景，这比单纯讲解 `fopen`, `fprintf` 要实用得多。这本书的作者显然深知目标读者的痛点——我们想快速上手解决问题，而不是成为C语言的理论大师。它提供了一条高效的捷径，让我能在短时间内将C语言的威力应用到我的数据处理脚本中，极大地提升了工作效率，而不是停留在“了解”C语言的层面。

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我过去尝试过几本号称面向工程应用的C语言书籍，它们要么过于侧重计算机底层原理，让我觉得离实际应用太远，要么就是为了赶进度，对那些决定程序稳定性的关键细节一带而过。这本书的优秀之处在于它的“平衡感”。它不会强迫你成为一个汇编专家，但它会让你深刻理解当你调用一个库函数时，底层到底发生了什么，这样你才能在程序出现性能瓶颈时知道从哪里下手优化。我特别提一下它在错误处理方面的讲解，这在科学计算中是致命的。它不仅教会了如何检查返回值，还细致地讨论了如何使用 `errno` 来诊断系统级的I/O错误，这在处理外部设备或网络数据时是不可或缺的技能。这本书的价值不在于让你记住多少语法，而在于它塑造了一种“健壮的、面向性能的C语言编程思维”。它确实成功地将C语言的强大能力，通过一系列精心挑选的工程实例，转化成了我们这些需要处理复杂数据的工程师和科学家手中的利器。

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我是一个资深的MATLAB用户，转向C++进行高性能计算是我的长期目标，但C语言作为基础总是绕不过去。我对市面上那些动辄数百页、从“Hello World”开始的教材感到极其厌烦，那些内容对我来说无异于浪费时间。这本书的切入点非常独特，它没有把我当成一个完全的编程新手，而是默认我拥有一定的数学和逻辑基础。它的叙事风格非常直接和务实，几乎没有废话。我注意到它在讲解循环和条件语句时，会立刻穿插一些涉及数值积分或矩阵操作的伪代码片段，让你立刻明白这些结构在实际计算中扮演的角色。最吸引我的是它对“效率”的强调。在讨论函数调用和递归时，它没有止步于讲解语法，而是深入探讨了栈帧的开销以及在科学计算中如何选择迭代和递归的平衡点，这对于优化大型模拟至关重要。它成功地搭建了一座桥梁，让我能够从“使用高级语言的库函数”平滑过渡到“理解底层是如何计算的”。这种对性能敏感的教学方式，正是理工科学习者真正需要的“硬核”干货，而不是花哨的界面和晦涩的理论推导。

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这本书的组织结构非常清晰，适合自学，这一点对于我们这种需要在业余时间进行技能提升的专业人士来说至关重要。它的章节划分逻辑性很强，总能让你知道你当前掌握的知识点在整个C语言体系中的位置，以及它将导向何处。举个例子，它在引入指针后，立即就用一个章节专门讲解了“指针在函数参数传递中的角色”，这直接解决了初学者在传递大型结构体或数组时经常遇到的效率困惑。此外，这本书在排版和代码示例的呈现上也做得非常出色。所有的代码块都有清晰的行号和必要的注释，即便是那些相对复杂的算法实现，也能通过分步解析的方式被轻松消化。我很少看到有教材能如此有效地平衡理论的严谨性和实践的易操作性。它给出的习题也不是那种只需要输入数字就能得到正确答案的“计算题”，而是需要你自己设计数据结构、实现核心逻辑的“设计题”，这才是真正锻炼工程思维的方式。

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说实话，当我翻开这本书的时候，我最担心的就是“Applications”部分会不会只是几个简单到可笑的示例，比如计算圆的面积。然而，我被惊喜到了。这本书在每一个关键概念之后都会紧跟着一个“案例研究”或者“工程实践”模块。例如，在讲解字符串处理时，它没有只是展示 `strlen` 和 `strcpy`，而是立刻引入了一个解析传感器输出数据流的实际场景，包括错误检查和边界条件的设置。这迫使你思考，在真实世界的嘈杂数据面前，编写健壮的代码是多么重要。我个人非常欣赏它在内存管理章节的处理方式。它没有像传统教材那样先讲理论再举例，而是先展示一个由于野指针或内存泄漏导致的程序崩溃案例，让你感受到“痛点”，然后再深入讲解 `malloc` 和 `free` 的正确用法，以及如何利用调试工具（比如GDB）来定位这些问题。这种“先展示问题，再提供解决方案”的教学模式，极大地加深了知识的记忆，因为你不是在学习一个抽象的概念，而是在解决一个真实的、会让你头疼的技术难题。

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