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出版者:同济大学出版社

作者:陆廷济

出品人:

页数:222

译者:

出版时间:1996-07

价格:16.00元

装帧:平装

isbn号码:9787560816012

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编程语言进阶指南：深入理解内存管理与并发编程 图书简介 本书是一本面向有一定编程基础，渴望深入理解现代软件开发核心技术，特别是操作系统底层原理与高性能计算范式的程序员的进阶读物。它并非教授基础语法或初级数据结构的入门手册，而是旨在引导读者跨越“会写代码”到“写出健壮、高效、可维护代码”的鸿沟。本书的焦点集中在高级内存管理策略、并发与并行设计的精髓，以及如何利用这些底层知识来优化应用性能和确保系统稳定性。 第一部分：现代操作系统内存架构与实践 本部分将系统性地剖析现代计算机系统的内存层次结构，从硬件层面的缓存一致性协议到操作系统层面的虚拟内存管理机制。我们不仅停留在理论层面，更会结合主流操作系统（如Linux和Windows）的内核实现细节，展示实际的内存分配与回收过程。 第一章：缓存的艺术与性能的瓶颈 我们将深入探讨L1、L2、L3缓存的工作原理，包括缓存行、时间局部性和空间局部性。重点分析“伪共享”问题，即在多核环境下，即使数据结构本身没有冲突，但由于它们恰好位于同一缓存行上，导致的性能下降。书中将提供大量案例，展示如何通过数据结构重排（Data Structure Padding/Layout）来优化缓存命中率，实现数量级的性能提升。 第二章：虚拟内存与地址转换的奥秘 本章详细阐述分页机制、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作流程。读者将学习到，程序中使用的逻辑地址是如何通过页表和硬件支持，最终映射到物理内存地址的。此外，我们将探讨缺页异常（Page Fault）的产生、处理机制，以及内存映射（mmap）在文件I/O和进程间通信中的高级应用。我们将分析如何通过控制内存页的访问权限（如Read-Only, Executable），来增强应用程序的安全性。 第三章：堆的精细化管理 本书将跳出标准库函数的使用层面，深入到C/C++运行时环境中的堆管理器（如`malloc`/`free`，或更先进的TCMalloc/jemalloc）的内部结构。我们将剖析空闲列表管理、内存块合并与分割的复杂算法，例如红黑树或双向链表在管理不同大小内存块中的应用。读者将能够理解内存碎片化的成因，并学习如何设计自定义的内存池（Memory Pool）来应对特定工作负载的性能需求，避免通用分配器的开销。 第二部分：并发编程的挑战与解决方案 在多核处理器普及的今天，并发编程是构建高性能应用不可或缺的技能。本部分专注于如何正确、安全地利用多线程和多进程，管理共享资源，并解决由此产生的复杂同步问题。 第四章：同步原语的底层实现与陷阱 本章聚焦于原子操作（Atomic Operations）和互斥锁（Mutex）的实现原理。我们将分析操作系统如何利用硬件提供的CAS（Compare-and-Swap）指令来实现无锁（Lock-Free）编程，以及软件层面互斥锁是如何通过测试和设置特定的内存位置来实现的。我们将详细讨论死锁（Deadlock）、活锁（Livelock）和饥饿（Starvation）的判断与预防策略，特别关注递归锁与自旋锁的使用场景差异。 第五章：内存模型与数据竞争 这是本书最关键的部分之一。我们将深入探讨C++内存模型（或Java/C的相应模型）。读者将清晰地理解“顺序一致性”（Sequential Consistency）与“松散一致性”之间的区别。我们将用具体的代码示例，展示编译器优化（如指令重排）如何悄无声息地破坏多线程程序的逻辑正确性。核心内容包括`volatile`关键字的现代用途（与C++11后的原子变量的对比），以及`std::memory_order`（如`memory_order_acquire`, `memory_order_release`）的精确含义和使用规范。 第六章：无锁数据结构的设计与实现 为了追求极致的性能，无锁编程是现代高并发系统的基石。本章将引导读者从零开始设计和实现几种基础的无锁数据结构，例如基于CAS的单向链表入队（Enqueue）和出队（Dequeue）操作，以及更复杂的无锁环形缓冲区（Ring Buffer）。我们将讨论ABA问题及其解决方案（如使用版本计数器），确保读者能够构建出真正健壮的、不依赖于操作系统调度器的并发组件。 第七章：并行化策略与性能度量 本部分将讨论如何将计算密集型任务有效地分解并分配到多个核心上。内容涵盖了任务并行与数据并行（Data Parallelism）的适用场景。我们将介绍如何使用性能分析工具（如Valgrind、Intel VTune）来诊断并发程序中的性能瓶颈，特别是识别线程间的过度同步或负载不均衡问题。最后，本书将探讨诸如OpenMP、TBB（Threading Building Blocks）等并行编程框架，并分析它们在实际工程项目中的优缺点。 目标读者 本书适合于具备扎实C/C++或Java等底层操作语言基础，希望深入理解操作系统、编译器优化如何影响代码性能的软件工程师、系统架构师，以及对高性能计算、实时系统或嵌入式系统感兴趣的研究人员。阅读本书后，读者将具备分析复杂并发Bug、设计高吞吐量系统的能力。

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这本书最让我感到惊喜的是它对“数据处理与报告撰写”这部分内容的重视程度。很多实验书草草带过数据分析，但这本书却花了整整一个大章节来详细讲解如何规范地撰写实验报告。从前言的实验目的、背景，到结果分析，再到最后的讨论与结论，它提供了一个近乎完美的范本。书中不仅提供了多种统计学工具的应用示例，比如如何计算标准差和置信区间，还特别强调了“讨论”部分的重要性——即不仅要报告你测得的结果，更要深入分析为什么你的结果与理论值有偏差，并提出改进意见。这对于我们培养科研思维至关重要。我发现按照书中的指导来撰写报告后，我的实验报告质量有了质的飞跃，不再是简单的“操作记录”，而是真正有分析深度的科学文档。这种对科学规范的强调，是这本书超越普通实验手册的价值所在。

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拿到这本实验指导书的时候，我最大的感受是它的“可操作性”。很多实验手册动辄就要求昂贵或复杂的设备，让人望而却步，但这本书的选材非常贴合普通高校实验室的实际配置。举例来说，它介绍的那个关于测定光速的实验，所用的基础仪器都是我们实验室里常见的激光器和光电探测器，步骤描述得非常接地气。我尤其欣赏作者在每个实验步骤中都加入了“注意事项”和“常见错误排查”的部分。这简直是为我们这些初次接触复杂仪器的学生量身定制的“避坑指南”。有一次我因为安装透镜组的角度稍微有些偏差，导致测得的焦距误差巨大，幸亏书中提到了类似的安装错误可能带来的影响，我立刻意识到问题所在并进行了修正。这种从实践中总结出来的经验总结，比枯燥的理论讲解要有效得多。它不是高高在上的理论指导，而是实实在在陪伴你站在实验台前的“老司机”。

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我必须说，这本书的深度和广度，远远超出了我作为一名普通本科生的预期。它不仅仅是教会你“怎么做”一个实验，更深层次地是在引导你思考“为什么这么做”以及“还能怎么做得更好”。例如，在讨论磁场测量实验时，它不仅涵盖了传统的霍尔效应测量，还引入了更现代的基于SQUID的测量概念作为拓展阅读，这极大地拓宽了我的视野，让我看到了实验物理学的前沿方向。更难得的是，书中对不同实验背后的物理思想进行了提炼和总结，比如“守恒定律在实验中的体现”、“对称性在测量中的应用”等，这种宏观的视角整合，帮助我将零散的实验知识点串联成一个完整的知识体系。这本书需要的不仅仅是动手能力，更需要思考和批判性阅读。它更像是一位经验丰富的导师，在你耳边低语，引导你从一个“操作员”成长为一个具备独立科研潜力的“探索者”。

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这本书简直是物理实验领域的百科全书，内容详实到让人惊叹！我本来以为只是一些基础的验证性实验，没想到里面涵盖了从经典力学到电磁学、光学、热学等各个分支的深度探究。尤其是对于实验原理的阐述，简直是教科书级别的严谨，每一个公式的推导都清晰明了，让人在动手操作之前就能对背后的物理规律有一个透彻的理解。我记得有一次我在做一个关于黑体辐射的实验时遇到了数据拟合的困难，翻开这本书的对应章节，里面不仅有标准的测量方法，还详细介绍了不同拟合算法的优缺点和适用范围，简直是救星！更值得称赞的是，它对实验误差的分析细致入微，从系统误差到随机误差的辨别、如何通过多次测量和改进装置来减小误差，都给出了非常实用的指导。这本书让我真正理解了“物理不只是计算，更是测量”这句话的含义，它教会我的不仅仅是操作仪器，更是一种严谨的科学态度和解决问题的思维框架。对于想要深入理解物理实验精髓的学生来说，这绝对是案头必备的宝典。

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这本书的排版和插图设计，简直是业界良心。对于理工科的教材来说，清晰的图示往往比冗长的文字更具说服力。这本书在这方面做得极为出色，无论是电路图、仪器结构图，还是数据记录表格，都采用了专业且易于辨认的风格。比如，在讲到电桥平衡原理时，它不仅画出了标准的惠斯通电桥结构，还巧妙地用不同颜色的线条区分了待测电阻和标准电阻的位置，极大地降低了初学者的理解门槛。而且，书中的图例并非一成不变的“模板”，很多复杂的仪器装置图，作者都加入了细节放大图，清晰地标注了旋钮、接口和刻度盘的用法。我个人对光学实验中的光路图印象深刻，那些光线的折射、反射路径画得极其精准，让人一目了然，避免了我们在实际操作中因为光路搭建混乱而浪费大量时间。这种对视觉传达的重视，让学习过程变得更加高效和愉悦。

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