Linux C语言实务 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:施威铭研究室

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2004-2-1

价格:29.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111107736

丛书系列:

图书标签:

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深入理解操作系统与硬件交互：基于嵌入式系统的高级C编程实践 本书聚焦于嵌入式系统与底层硬件交互的复杂场景，旨在为具有一定C语言基础的工程师和开发者提供一套系统化、实战化的进阶学习路径。本书内容完全围绕如何高效、稳定地在资源受限的硬件环境中运用C语言进行系统级编程，而不涉及Linux操作系统的具体内核机制或用户态应用开发细节。 本书的结构设计旨在弥补传统C语言教程与实际嵌入式开发之间的鸿沟。我们不讨论Linux的文件系统结构、进程间通信（如管道、消息队列）或系统调用API的实现原理。相反，我们将全部精力集中在微控制器（MCU）架构、内存管理、中断服务程序（ISR）设计以及实时性保证等核心嵌入式议题上。 第一部分：嵌入式C编程基础与硬件抽象层（HAL）构建 本部分将重新审视C语言的特性，但视角完全侧重于其在裸机（Bare-metal）环境下的应用。 1. C语言的深度剖析与内存布局优化： 我们将详细探讨C语言中`volatile`关键字在硬件寄存器访问中的关键作用，并区分其与C++中类似概念的语义差异。重点分析栈（Stack）与堆（Heap）在嵌入式实时操作系统（RTOS）或裸机环境下的具体分配策略，以及栈溢出检测的有效方法。此外，书中会深入讲解数据在内存中的字节序（Endianness）问题，并提供跨平台数据交换时强制字节序转换的C代码实现方案，这是网络通信和多处理器系统集成中不可或缺的技能。 2. 寄存器级操作与位操作的艺术： 本书摒弃高级库的封装，直接深入到对特定微控制器的数据手册（Datasheet）的解读。我们将详细讲解如何通过位掩码（Bit Masking）和位域（Bit Fields）精确地配置通用输入/输出（GPIO）端口、定时器（Timer）以及模数转换器（ADC）的控制寄存器。书中提供了大量针对不同架构（如ARM Cortex-M系列）的寄存器映射实例，教读者如何编写与硬件紧密耦合、无需依赖操作系统提供的抽象层的驱动代码。 3. 建立健壮的硬件抽象层（HAL）： HAL是嵌入式软件可移植性的基石。本章将指导读者如何设计一个清晰的HAL结构。这包括定义平台无关的数据类型、抽象化的外设访问函数接口（例如`HAL_UART_Transmit(DeviceID, Data, Length)`），以及实现驱动层（Driver Layer）与应用层（Application Layer）的有效隔离。我们将详细讨论“弱函数”和“强函数”的概念，用于在不同目标硬件平台间切换实现细节，而不修改上层逻辑。 第二部分：实时性、中断与并发控制 在嵌入式系统中，时间是至关重要的资源。本部分关注如何精确控制程序的执行时序，并安全地管理并发事件。 1. 中断服务程序（ISR）的编写与优化： 中断是嵌入式系统响应外部事件的唯一途径。我们将深入剖析中断向量表（Vector Table）的结构、优先级仲裁机制以及上下文切换的开销。重点在于编写“短小精悍”的ISR，将耗时的处理逻辑转移到主循环或任务中。书中将提供大量关于如何安全地从ISR访问共享数据的技巧，例如使用临界区（Critical Section）或特定的原子操作指令。 2. 软件定时器与精确延迟的实现： 我们不使用操作系统提供的延时函数，而是探讨如何利用底层计数器（Counter/Timer）硬件资源，通过软件算法实现高精度的周期性回调和一次性延迟。书中会详细推导基于系统时钟滴答（Tick）的软件定时器实现逻辑，确保其在资源受限下的低CPU占用率。 3. 锁机制与同步：原子操作与自旋锁： 在多中断或多核（如果适用）的环境中，对共享资源的保护至关重要。本书将重点介绍如何在C语言层面实现轻量级的同步机制。我们将详细讲解如何利用特定的原子指令（如ARM的Load-Exclusive/Store-Exclusive）来实现无锁（Lock-Free）的计数器更新，并构建基于禁止中断的自旋锁（Spinlock）来保护关键代码段。这与Linux内核中的高级同步原语有着本质的区别，更加贴近硬件实现。 第三部分：内存管理与固件升级机制 本部分探讨在资源受限环境中进行有效内存分配，以及确保系统可靠性所需的固件管理技术。 1. 嵌入式内存分配策略：无标准库的堆管理： 在许多嵌入式项目中，标准C库的`malloc`/`free`由于碎片化和不可预测的执行时间，通常被禁用。本书将完整实现几种经典且高效的内存池（Memory Pool）和固定大小块分配器。读者将学习如何设计一个“可预测的”内存管理模块，能够保证在任何情况下都不会发生堆内存耗尽或严重的外部碎片化。 2. 循环缓冲区与数据流处理： 数据传输（如UART、SPI）常需要高效的缓存机制。我们将详细设计和实现基于指针操作的循环队列（Circular Buffer/Ring Buffer），用于在中断驱动的数据接收与应用层数据处理之间架设可靠的桥梁。重点讨论如何避免指针绕回时的竞态条件。 3. 校验、冗余与固件更新（OTA/Bootloader基础）： 为了保证系统在现场部署后的稳定性，数据完整性校验是必须的。我们将使用CRC（循环冗余校验）算法对存储在非易失性内存（如Flash）中的配置参数和固件映像进行校验。此外，本书将提供一个基础的Bootloader结构概念，讲解如何安全地从外部接口（如串口）接收新固件，并将其写入到Flash的另一分区，为后续的A/B分区升级机制打下底层基础。 总结： 本书是一本面向实践的“硬核”C语言教程，其核心价值在于将C语言与具体的微处理器硬件紧密结合。它不涉及操作系统的复杂性，而是教会读者如何像硬件工程师一样思考——精确控制时序、直接操作寄存器、并构建出能长时间稳定运行的底层软件。所有代码示例都将是纯C语言实现，不依赖任何操作系统API，可以直接编译并烧录到目标硬件上运行。

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这本《Linux C语言实务》听起来就像是一本能把我从菜鸟直接拉到实战派的宝典，我原本对Linux下的C编程总觉得隔了一层纱，各种系统调用、内存管理、并发编程对我来说都是天书。但光是看到“实务”这两个字，我就知道，这本书绝不是那种枯燥的语法堆砌。我期待它能像一位经验丰富的老工程师手把手教我，从最基础的编译链接过程开始，讲清楚GCC、Make这些工具链的精髓，而不是仅仅停留在“会用”的层面，而是深入到“为什么这么用”的底层逻辑。我尤其希望它能花大篇幅讲解如何利用Linux提供的API来编写健壮、高效的程序，比如文件I/O的优化、信号处理的艺术，以及如何利用多线程和进程间通信机制来构建复杂的应用。如果书中能包含一些真实的工程案例，比如编写一个小型网络服务器或者一个系统监控工具的实践步骤，那简直就是为我量身定做的，能让我真正理解理论知识在真实世界中是如何落地的，摆脱那种只写得出“Hello World”的尴尬境地，真正迈入Linux系统编程的核心殿堂。

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我最近一直在为找不到一本能真正 bridging theory and practice 的教材而苦恼，市面上很多C语言的书籍要么过于偏重基础语法，要么就是直接跳到高深的概念而缺乏足够的上下文解释。这本书的标题《Linux C语言实务》给我一种强烈的信号：它会非常注重实战性。我希望它能深入探讨Linux内核提供的独特编程范式，比如如何正确、安全地使用文件描述符，如何处理异步事件和I/O多路复用（epoll/select/poll），这些都是编写高性能网络程序和系统服务不可或缺的技能。更进一步说，如果这本书能把调试和性能分析也囊括进来，那就太棒了。比如，如何利用gdb进行复杂的断点设置和内存检查，如何使用valgrind来定位内存泄漏，以及如何利用perf工具来找出代码中的性能瓶颈。这种从“写代码”到“写好代码、分析代码”的全流程覆盖，才是真正意义上的“实务”精神，能让人在面对真实的生产环境问题时，不至于手足无措，而是能拿出系统性的解决方案。

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我对这本书的期待是它能提供一套清晰的、由浅入深的Linux环境下的C编程方法论。我总觉得，在Linux下写C语言，除了掌握标准C的知识外，更重要的是要理解操作系统是如何调度和管理资源的。因此，我非常期待书中能详细阐述进程与线程的生命周期管理，比如如何正确地`fork()`和`exec()`，如何使用Pthreads库来处理线程同步和互斥，并且能深入剖析这些操作背后的系统调用开销和潜在的竞态条件。此外，内存布局和指针的运用在C语言中至关重要，我希望这本书能结合Linux的虚拟内存机制，来解释堆、栈、数据段在程序运行时的具体表现，教会我如何写出避免段错误的、内存访问更高效的代码。如果能把库函数的实现原理也稍微带到，比如`malloc`在Linux下的具体实现策略，那就更让我感到物有所值了，这能帮助我建立起对整个运行环境的宏观认知，而不是孤立地看待某一个函数调用。

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我希望这本书能展现出一种“脚踏实地”的教学态度，而不是高高在上的理论说教。对我来说，“实务”意味着要能解决工作和学习中遇到的真实痛点。举个例子，在Linux下处理配置文件、日志记录，或者实现守护进程（daemonization）的流程，这些看似简单却充满陷阱的操作，如果能被这本书用清晰的步骤和可靠的代码范例展示出来，将极大地提升我的工作效率。我特别想看到如何利用C语言去和系统服务进行交互，比如如何通过DBus或IPC机制与其他系统组件通信，或者如何编写自己的内核模块（即使是简单的“Hello World”级别），以理解用户态和内核态的界限。最终，这本书应该能让我建立起一种自信：当我面对一个需要用C语言在Linux系统上完成的特定任务时，我能知道从哪里入手，应该调用哪些API，以及如何优雅地处理所有可能发生的意外情况，让我的C语言技能不再停留在纸面上，而是真正能转化为生产力。

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作为一名希望提升自己系统级编程能力的人，我关注的重点在于代码的健壮性和跨平台（或至少是Linux体系内）的兼容性。《Linux C语言实务》这个名字让我相信它不会避开那些令人头疼的边界情况。我希望书中能够包含大量的错误处理模式讲解，不仅仅是检查返回值，更要讲清楚如何在不同错误码下采取最合适的恢复或终止策略。特别是在处理网络编程时，TCP/IP协议栈的理解是基础，这本书如果能结合C语言，教我们如何用Socket API来构建可靠的通信链路，处理粘包、半关闭等常见问题，那将是巨大的加分项。此外，我很看重现代编程实践的引入，比如是否提及了如何利用一些现代化的构建工具或库来简化依赖管理，以及如何编写具有良好可维护性的、符合社区规范的代码风格。如果它能教会我如何写出即便是半年后接手的人也能快速理解的代码，那这本书的价值就无法估量了。

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