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出版者:第1版 (2002年12月1日)

作者:卡西笛(Cassidy.W.)

出品人:

页数:690

译者:

出版时间:2002-12

价格:69.0

装帧:平装

isbn号码:9787115097859

丛书系列:

图书标签:

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深入探索 C++ 性能优化与现代并发编程 图书名称：《C++ 性能调优与并发编程实战》 本书简介： 在当今软件工程领域，C++ 依然是构建高性能、低延迟系统的基石。然而，随着多核处理器架构的普及和应用程序对响应速度要求的日益严苛，仅仅掌握 C++ 语法已远远不够。开发者必须深入理解底层硬件交互、内存模型，并精通现代 C++（C++11/14/17/20）提供的强大并发原语，才能打造出真正高效、健壮的应用程序。 《C++ 性能调优与并发编程实战》是一本面向中高级 C++ 工程师的深度技术指南。它摒弃了 C++ 基础语法的冗长讲解，直击性能瓶颈的根源和并发编程的复杂性，旨在提供一套系统化、可落地的性能分析、优化策略以及并发安全实践。 --- 第一部分：性能优化的底层逻辑与实践 本部分将带领读者从硬件层面理解程序执行的效率瓶颈，并掌握针对性的优化技术。我们将深入探讨 C++ 编译器的优化过程，以及如何通过代码结构的选择来最大化硬件效率。 第一章：超越时钟周期：深入理解现代 CPU 架构 缓存一致性与层级结构（L1/L2/L3）： 剖析缓存命中率对程序性能的决定性影响。如何通过数据局部性（Spatial and Temporal Locality）原则重构算法，减少跨层级内存访问。 流水线与分支预测： 探讨指令级并行（ILP）的原理。如何识别和重构代码以最小化分支预测失误（Branch Misprediction），避免管道停滞。 内存访问模式分析： 区分伪共享（False Sharing）问题。在多线程环境中，如何通过填充（Padding）或重新组织数据结构来保证每条线程独享缓存行，消除不必要的同步开销。 第二章：编译器优化与代码生成分析 优化等级的权衡： 深入解析 `-O2`、`-O3` 级别优化所做的具体工作，如循环展开（Loop Unrolling）、函数内联（Inlining）的优劣势分析。 Profile-Guided Optimization (PGO)： 介绍如何利用运行时数据指导编译器进行更精准的优化，实现“生产环境级”的二进制文件。 内联汇编与内在函数（Intrinsics）： 学习如何使用特定于平台的 SIMD（如 SSE/AVX）指令集，手动优化热点循环，实现数据级并行加速。 第三章：内存分配与布局的艺术 堆与栈的性能差异： 详细比较 `malloc`/`free` (或 `new`/`delete`) 与栈分配的开销模型。 自定义内存分配器（Allocator）： 针对特定场景（如高频短生命周期对象），设计和实现高性能的内存池（Pool Allocator）和线性分配器（Linear Allocator），规避通用分配器（如 jemalloc, tcmalloc）的锁竞争。 对象布局与对齐： 掌握 `alignas` 和结构体打包对数据缓存效率的影响。如何通过重新排列类成员，实现结构体的紧凑存储。 --- 第二部分：现代 C++ 并发编程的深度实践 本部分是本书的核心，专注于如何利用 C++11/14/17/20 提供的标准库特性，安全、高效地处理并行任务，管理共享状态。 第四章：原子操作与内存模型：并发安全的基石 C++ 内存模型详述： 彻底理解顺序一致性（Sequentially Consistent）、释放/获取语义（Release/Acquire）的含义。区分数据竞争（Data Race）与“仅有”的访问重排序。 `std::atomic` 的精妙运用： 不仅仅是锁的替代品。深入探讨无锁（Lock-Free）编程的实现原理，如使用 `compare_exchange_weak/strong` 实现复杂的原子更新。 内存屏障（Fences）的必要性： 在非 x86/x64 架构（如 ARM）下，理解何时需要显式插入内存屏障来保证可见性。 第五章：锁的艺术：互斥量、读写锁与事务性内存 互斥量的精细化控制： 比较 `std::mutex`, `std::recursive_mutex`, `std::timed_mutex` 的适用场景。深入分析死锁检测与预防策略。 读者/写者模型实现： 介绍如何使用标准库的 `std::shared_mutex`（C++17）高效地实现读多写少的并发访问控制。 软件事务内存（STM）探讨（概念与未来）： 介绍 C++ 标准中对 STM 的设想及其在解决复杂同步问题上的潜力。 第六章：异步编程与任务调度 Futures, Promises, 和 Async 详解： 掌握如何使用 `std::async` 管理计算的延迟执行和结果获取。理解 `std::future` 在跨线程数据流中的作用。 协程（Coroutines - C++20）： 本章将作为本书的技术前沿部分。详细解析协程的底层机制——挂起（suspend）与恢复（resume），并演示如何使用 `co_await` 和 `co_yield` 来编写高效、非阻塞的 I/O 模型和状态机。 线程池设计与管理： 实践构建一个高效的、可复用的线程池，合理分配任务，避免线程创建与销毁的开销。讨论如何平衡工作窃取（Work Stealing）与任务负载。 --- 第三部分：实战案例与性能分析工具链 本部分将理论知识应用于实际场景，并介绍业界标准的性能分析工具，形成完整的性能优化闭环。 第七章：I/O 性能优化与异步网络 零拷贝（Zero-Copy）与 DMA： 分析文件和网络 I/O 的开销所在。 高性能网络库的底层原理： 以 Boost.Asio 或 io_uring 为例，解析事件驱动（Event-Driven）模型如何通过少量线程处理高并发连接，并与 C++ 协程结合。 第八章：性能度量与瓶颈定位 火焰图（Flame Graphs）的解读： 学习使用 Linux `perf` 工具生成和分析 CPU 采样数据，识别热点函数调用栈。 内存分析工具： 使用 Valgrind/Massif 追踪堆内存分配行为，定位内存碎片和不必要的堆操作。 硬件性能计数器（HPC）： 进阶使用 `perf stat` 查看 L1 缓存未命中率、分支预测失败次数等底层硬件指标，验证优化效果。 第九章：案例研究：高频交易系统与数据库连接池 通过两个真实的、高负载的应用场景，展示如何综合运用内存布局优化、无锁队列（Lock-Free Queue）实现和异步 I/O，将延迟降低至微秒级别。 --- 本书受众： 希望从“能跑”迈向“跑得快”的 C++ 开发者。 需要处理高并发、低延迟需求的系统架构师。 对底层硬件、操作系统交互有深入兴趣的工程师。 读者将获得： 读者不仅将掌握现代 C++ 并发编程的最佳实践，更将建立一套基于硬件认知和系统分析的性能优化思维框架，能够自信地应对复杂的多核环境下的性能挑战。

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