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出版者:机械工业出版社

作者:John L.Hennessy David A.Patterson

出品人:

页数:999

译者:

出版时间:1999-9

价格:88.00元

装帧:

isbn号码:9787111074397

丛书系列:

图书标签:

• 计算机体系结构
• 计算机组成原理
• 数字逻辑
• 处理器
• 存储器
• 系统设计
• 性能优化
• 并行计算
• 嵌入式系统
• 硬件设计

编程的艺术与科学：软件开发的深度解析 书名： 编程的艺术与科学 作者： 史密斯 (A. Smith) / 琼斯 (B. Jones) 出版年份： 2023 --- 导言：代码的基石与未来的蓝图 在信息时代的浪潮中，软件已渗透到人类活动的每一个角落，从日常通讯到尖端科学研究，无所不在。然而，支撑起这一切的，并非魔法，而是精妙的逻辑和严谨的工程实践——即编程。 《编程的艺术与科学》并非一本面向初学者的“C语言入门”或“Python速成”手册，它是一部深入探讨现代软件开发核心理念、设计哲学与工程实践的深度著作。本书旨在为那些已经掌握至少一门主流编程语言，并渴望将自己的技能提升到工程架构与系统优化层面的开发者、软件工程师以及计算机科学专业的学生提供一份详尽的蓝图。 我们相信，编程不仅仅是编写可执行的指令集，它更是一门融合了数学的严谨性、艺术的创造性与工程学的实用性的综合学科。本书将从底层逻辑出发，层层递进，直至高层次的系统设计。 --- 第一部分：基础的重构——超越语法 本部分着眼于巩固和深化读者对编程语言本质的理解，不再关注具体的语法糖，而是探究驱动这些语言运行的底层机制。 第一章：抽象的力量与限制 本章详细剖析了抽象的概念在软件工程中的核心地位。我们探讨了不同层次的抽象模型，包括数据抽象、控制抽象和面向对象抽象。重点分析了多态性、继承与组合在实际项目中的权衡，以及何时过度抽象会成为性能的瓶颈。引入了“最小惊讶原则”在设计接口和API中的应用，确保抽象层面的清晰和可预测性。 第二章：内存的几何学与数据结构的优化 虽然现代语言提供了垃圾回收（GC）机制，但理解内存的运作方式是高效编程的基石。本章深入解析了栈（Stack）、堆（Heap）的分配机制，以及虚拟内存与缓存层级（L1/L2/L3 Cache）对程序执行速度的决定性影响。我们详细比较了常见复杂数据结构（如B树、跳表、红黑树）在不同访问模式下的时间复杂度和空间复杂度，并提供了实战案例，展示如何通过微调数据布局（如结构体对齐、数组的连续性）来最大化内存访问效率。 第三章：算法的深度：从理论到实践的鸿沟 本章超越了经典的算法导论内容。我们聚焦于现实世界中的算法优化。讨论了近似算法在NP-hard问题中的应用，特别是线性规划、启发式搜索（如模拟退火、遗传算法）在资源受限环境下的部署策略。同时，详细阐述了并行计算算法的设计原则，如何有效地划分任务以适应多核处理器环境，避免不必要的同步开销。 --- 第二部分：软件的构建——工程的挑战 本部分转向软件系统的宏观视角，探讨如何将零散的代码片段组织成健壮、可维护和可扩展的工程产品。 第四章：范式的演进与融合 本章对比分析了面向对象编程（OOP）、函数式编程（FP）以及面向方面编程（AOP）的核心哲学。我们不只是描述它们的语法，而是深入挖掘其在并发处理、副作用管理和状态隔离方面的优劣。重点讨论了如何在新项目中混合使用这些范式，例如在Java或C中使用不可变数据结构来增强并发安全性，或者在大型系统中利用Aspect-Oriented的技术来解耦横切关注点（如日志、事务管理）。 第五章：设计模式的生命周期与反模式 传统的“GoF设计模式”是基础，但本章的重点在于模式的演进和选择的艺术。我们引入了更现代的架构模式，如事件驱动架构（EDA）、微内核模式和六边形架构（Hexagonal Architecture）。此外，本章用大量篇幅分析了常见的“反模式”（Anti-patterns），例如“上帝对象”、“服务定位器陷阱”以及“过度设计”，并提供了识别和重构这些陷阱的实用工具集。 第六章：测试与验证的科学 软件质量的核心在于验证。本书将测试提升到科学验证的高度。我们详细介绍了测试金字塔的现代解读，并深入研究了属性驱动开发（BDD）和契约测试（Contract Testing）在分布式系统中的重要性。对于性能和压力测试，我们探讨了如何构建接近生产环境的仿真模型，以及如何利用统计学方法分析测试结果，区分随机噪音和系统瓶颈。 --- 第三部分：系统的交响——规模化与可靠性 本部分面向构建大型、高可用系统的工程师，探讨系统级别的决策和集成挑战。 第七章：并发、并行与分布式系统的陷阱 并发编程是现代软件中最棘手的部分。本章全面覆盖了同步原语（锁、信号量、屏障）的正确使用，并着重讲解了无锁（Lock-free）数据结构的实现原理，如CAS操作。在分布式领域，本书深入探讨了CAP定理的实际意义，一致性模型的选择（如最终一致性、因果一致性），以及分布式事务的解决方案（如两阶段提交的局限性与Saga模式的应用）。 第八章：系统集成与接口设计 系统不是孤立存在的，它们的交互决定了整体的健壮性。本章对比了RESTful API、GraphQL、gRPC等主流通信协议的设计哲学、性能特点和适用场景。特别强调了API版本控制的策略、错误处理的标准化，以及如何利用消息队列（如Kafka, RabbitMQ）实现异步通信和削峰填谷的系统弹性设计。 第九章：可观测性与系统健康诊断 现代系统部署在复杂的云环境中，日志、指标和追踪（Tracing）构成了可观测性的“三驾马车”。本章详细阐述了如何设计具有良好可观测性的代码，确保关键业务流程的追踪链完整无损。我们讨论了Prometheus和OpenTelemetry等行业标准工具的集成实践，以及如何利用时间序列数据库分析异常模式，实现从故障发生到定位的快速闭环。 --- 结语：持续学习的路径 《编程的艺术与科学》旨在提供一个坚实的理论框架和丰富的实践洞察，帮助读者驾驭软件开发的复杂性。编程的领域永无止境，本书提供的工具和思维方式，将助力开发者在面对未来技术变革时，能够迅速掌握新工具背后的不变原理，成为真正驾驭代码而非被代码奴役的工程师。 --- 目标读者： 具备中级以上编程经验的软件工程师、系统架构师、计算机科学高年级学生。 关键词： 软件架构、并发编程、算法优化、系统设计、设计模式、可观测性、范式融合。

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