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出版者:中国水利水电出版社

作者:李莉

出品人:

页数:357

译者:

出版时间:2002-7

价格:30.0

装帧:平装

isbn号码:9787508411378

丛书系列:

图书标签:

• Visual Basic
• VB
• 程序设计
• 教程
• 编程入门
• Windows应用程序
• 开发
• 计算机科学
• 软件工程
• 教学
• 教材

深入探索数据结构与算法的奥秘：C++高效编程实践 本书旨在为渴望精通底层编程逻辑与优化技巧的读者提供一份详尽、实用的指南。我们聚焦于C++这一经典且功能强大的编程语言，系统性地剖析其核心机制，并将其应用于解决复杂的数据组织与处理问题。全书内容完全避开任何关于“Visual Basic 程序设计”的教学或案例，专注于提供纯粹、深入的系统级编程思维训练。 第一部分：C++语言基石的深度重构 本部分将对C++语言的特性进行一次自下而上的重访。我们不满足于表面的语法介绍，而是深入探究其内存模型、类型系统以及编译过程的内在逻辑。 第一章：现代C++的内存架构与性能考量 本章首先厘清值类型与引用类型的根本区别，并详细解析栈（Stack）、堆（Heap）以及静态存储区的工作机制。我们将探讨RAII（Resource Acquisition Is Initialization）范式在C++资源管理中的核心地位，并深入讲解智能指针（`std::unique_ptr`, `std::shared_ptr`, `std::weak_ptr`）的底层实现原理及其在避免资源泄露中的关键作用。特别地，我们会通过实例展示如何使用移动语义（Move Semantics）和右值引用（Rvalue References）来优化大型对象拷贝的性能瓶颈，这对于构建高效能应用至关重要。 第二章：模板元编程与泛型编程的精髓 泛型编程是C++实现代码复用和类型安全的核心手段。本章将从函数模板和类模板入手，逐步过渡到更复杂的模板特化、偏特化技术。我们还将引入C++11/14/17/20标准中引入的新特性，如可变参数模板（Variadic Templates）和编译期计算。读者将学习如何利用模板元编程（TMP）在编译期执行计算，减少运行时开销，实现真正意义上的“零开销抽象”。最后，我们将解析`constexpr`关键字的强大能力，展示如何在编译期生成数据或执行逻辑判断。 第二部分：核心数据结构的构建与优化 数据结构是算法得以施展的基础框架。本部分完全采用C++实现，重点在于理解每种结构背后的时间复杂度和空间复杂度，并学习如何根据特定场景定制优化方案。 第三章：线性结构的高效实现 本章涵盖动态数组（`std::vector`的内部机制）、链表（单向、双向、循环）以及栈与队列的抽象实现。我们将深入剖析`std::vector`的动态扩容策略——为什么是两倍增长？这种策略如何平衡内存占用和重分配成本。对于链表，我们将展示如何通过指针操作实现高效的节点插入与删除，并探讨缓存局部性（Cache Locality）对顺序访问数据结构性能的影响。 第四章：非线性结构的深度剖析 聚焦于树形结构和哈希表。在树结构部分，我们将详细讲解二叉搜索树（BST）的平衡性问题，并重点实现和分析红黑树（Red-Black Tree）的旋转和重新着色算法，这是许多标准库容器（如`std::map`和`std::set`）的基石。对于哈希表，本书将引导读者构建一个功能完备的哈希表，深入理解哈希函数的设计原则、冲突解决策略（链式法与开放寻址法），以及如何调整装载因子以维持O(1)的平均查找时间。 第五章：图论算法与复杂网络建模 图结构是处理关系型数据的强大工具。本章首先介绍图的表示方法：邻接矩阵与邻接表，并分析它们在不同稀疏度图上的优劣。随后，我们将系统实现和分析经典的图遍历算法：广度优先搜索（BFS）和深度优先搜索（DFS）。更进一步，我们将深入讲解最短路径算法，包括Dijkstra算法和Bellman-Ford算法，并探讨处理负权边的复杂性。最后，我们还会涉及最小生成树（MST）的Kruskal和Prim算法。 第三部分：算法设计范式与高级应用 理解数据结构后，本部分着重于如何运用系统化的方法来设计和分析解决问题的步骤。 第六章：分治、动态规划与贪心策略 本章是算法设计思维的集中体现。我们将通过经典的例子，如快速排序（Quicksort，强调枢轴选择的重要性）、归并排序（Merge Sort，强调稳定性）来阐述分治法。随后，我们将深入动态规划（DP），讲解如何识别重叠子问题和最优子结构，并通过背包问题、最长公共子序列等案例展示自顶向下（带备忘录）与自底向上（迭代）的实现差异。贪心算法则通过霍夫曼编码等案例进行讲解，强调其适用边界——何时贪心选择能导向全局最优解。 第七章：高级排序与搜索技术 除了基础排序，本章将探究适用于特定数据集的排序方法，如基数排序（Radix Sort）和堆排序（Heap Sort）。堆排序的实现将紧密结合第五章中构建的堆结构。在搜索方面，我们将分析二分查找在不同数据结构（如有序数组和平衡树）上的表现，并探讨查找的边界条件处理。 第八章：并发编程与性能扩展 在多核处理器时代，并发编程是提升性能的关键。本章将转向现代C++的并发特性。我们将详细讲解`std::thread`的使用，线程同步的必要性，并通过互斥量（Mutexes）、条件变量（Condition Variables）和未来/异步操作（`std::future`, `std::async`）来解决竞态条件和死锁问题。此外，我们还会讨论无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的基本概念和实现挑战，为构建极高性能的并行系统打下理论基础。 结语：面向工程实践的持续优化 全书所有代码示例均采用C++17标准，并强调在实际工程中应如何使用标准库容器和算法（STL）来替代冗余的手写代码，从而提高代码的健壮性和可读性。本书是为那些希望超越应用层面，深入理解程序运行机制，并能够设计和实现复杂、高效算法的系统级开发人员量身打造的进阶教程。

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