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出版者:McGraw-Hill Companies

作者:John R. Hubbard

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-09-01

价格:USD 16.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780071342100

丛书系列:Schaum's Outlines

图书标签:

• Java
• 编程
• Schaum's Outlines
• 计算机科学
• 教程
• 入门
• 程序设计
• 算法
• 数据结构
• 练习题

《精通C++：从基础到实践的高级编程指南》 一、 书籍概述与定位 《精通C++：从基础到实践的高级编程指南》旨在为渴望深入理解和高效应用C++语言的开发者提供一本全面、权威且极具实践指导意义的参考书。本书超越了传统入门教材对基本语法和概念的简单介绍，专注于C++现代特性、底层机制、性能优化以及复杂系统设计中的应用。我们的目标是培养读者构建健壮、高效、可维护的大规模软件系统的能力，使他们能够驾驭C++在操作系统、游戏引擎、高性能计算（HPC）以及嵌入式系统等领域的核心地位。 本书的受众群体主要包括： 1. 有一定编程经验，希望转向或深入学习C++的软件工程师。 2. 已经掌握C++基础，但希望理解现代C++（C++11/14/17/20）高级特性和设计模式的开发者。 3. 需要优化现有代码性能，或从事底层系统编程的专业人士。 本书结构严谨，内容深度适中，兼顾理论的严密性和实践的指导性。 二、 核心内容深度解析 本书内容分为五大部分，共计十八章，确保知识体系的完整性与逻辑的连贯性。 第一部分：C++ 语言核心的深度重塑 (Modern C++ Foundations) 本部分着重于回顾并深化读者对C++核心机制的理解，特别是引入现代C++标准带来的范式转变。 内存模型与对象生命周期精讲： 深入剖析栈、堆、静态存储区的区别与管理。详细讲解构造函数、析构函数、复制控制（拷贝构造、赋值运算符）的“五大定律”及现代C++中如何利用“析构函数负责清理，构造函数负责初始化”的原则来避免资源泄露。特别强调Rule of Zero在现代设计中的重要性。 RAII 范式与智能指针的实战应用： 不仅仅停留在 `std::unique_ptr` 和 `std::shared_ptr` 的定义上，而是深入探讨其内部实现机制、引用计数（`shared_ptr`）的原子性保证、自定义删除器（Deleter）的设计，以及`std::weak_ptr`在打破循环引用中的关键作用。结合实际I/O操作和资源管理场景进行案例演示。 Lambda 表达式的魔力与捕获机制： 全面解析 Lambda 表达式的语法糖衣下隐藏的函数对象（Functor）本质。详细区分值捕获、引用捕获、隐式捕获的性能和语义差异，并讨论如何在并发编程中使用具有状态的 Lambda。 第二部分：模板元编程与泛型编程的艺术 (Template Metaprogramming and Generics) 本部分是本书的难点与亮点之一，它将读者从使用标准库的层面提升到设计和实现泛型框架的层面。 深入理解 SFINAE 原理及其现代替代方案： 详细阐述“替换失败并非错误”（SFINAE）的工作原理，并介绍 C++11/14 引入的 `std::enable_if` 和 C++20 的Concepts。通过实际例子展示如何利用这些工具编写高度专业化且类型安全的模板函数和类。 类型特征（Type Traits）的构造与应用： 讲解如何使用递归模板和 `constexpr if` 来编写自定义的类型检查工具，例如判断类型是否可拷贝、是否为整数类型等。这为构建可扩展的元编程库奠定了基础。 编译期计算（Compile-Time Computation）： 利用 `constexpr` 函数和变量，展示如何将原本需要在运行时执行的复杂计算（如斐波那契数列计算、数组大小确定）转移到编译阶段，从而实现零开销抽象。 第三部分：面向对象设计的深层结构 (Advanced OOP and Polymorphism) 本部分聚焦于如何利用C++的面向对象特性来构建复杂、可扩展的软件架构。 虚函数机制的底层剖析： 详细解释虚函数表（vtable）和虚函数指针（vptr）的内存布局、查找过程及其性能开销。讨论纯虚函数与抽象基类的设计哲学。 多态的局限性与混合继承的陷阱： 探讨菱形继承问题，并提供虚拟继承（Virtual Inheritance）的解决方案及其实际使用场景。分析何时应优先选择组合（Composition）而非继承（Inheritance）。 操作符重载与表达式模板： 通过重载流操作符（`<<`, `>>`）和算术操作符，展示如何使自定义类型在使用上更接近内置类型。引入高性能计算中常见的表达式模板（Expression Templates）模式，解释其如何实现延迟计算和循环合并，从而达到优化线性代数计算的目的。 第四部分：并发编程与性能优化 (Concurrency and Performance Engineering) 鉴于现代硬件的多核特性，本部分提供了实用的并发模型和性能调优策略。 现代并发原语的实践： 全面覆盖 `std::thread`, `std::mutex`, `std::lock_guard`, `std::unique_lock` 的使用。深入探讨条件变量（Condition Variables）和未来对象（`std::future`, `std::promise`）在同步复杂任务流中的应用。 内存顺序（Memory Ordering）的精细控制： 这是本书中对并发理解要求最高的部分。详细解释 `std::memory_order_relaxed`, `seq_cst`, `acquire/release` 等不同内存模型对程序可见性和性能的影响，帮助读者编写出正确且高效的无锁（Lock-Free）数据结构。 性能分析与剖析工具链： 指导读者如何使用 `perf`, Valgrind, 或特定IDE的性能分析工具来定位热点代码。讲解缓存局部性（Cache Locality）、指令流水线对C++代码性能的影响，并提供代码重排和数据结构选择的优化建议。 第五部分：工具链与生态系统集成 (Tooling and Ecosystem Integration) 本部分侧重于将C++代码集成到现代软件开发流程中。 构建系统现代化：CMake 深度指南： 提供从小型项目到大型多模块项目的 CMake 最佳实践，包括如何管理依赖、集成第三方库、配置跨平台编译选项，并利用现代 CMake 的目标模型（Targets）。 测试、文档与静态分析： 介绍 CTest, Google Test/Catch2 等主流测试框架的使用方法。强调 TDD 思想在C++复杂模块设计中的应用。讲解 Doxygen 文档生成流程，以及使用 Clang-Tidy 等工具进行代码质量静态分析的必要性。 与外部语言的互操作性： 简要介绍 C++ 代码如何通过 JNI (Java Native Interface) 或 PyBind11 暴露给 Python 环境，以实现高性能计算模块的快速原型开发与部署。 三、 学习体验与特色 本书的每一章节都包含大量的“深度洞察”（Deep Dive）和“陷阱警告”（Pitfall Alert）栏目。深度洞察部分会探究标准库或语言特性的底层C++实现细节；陷阱警告则会明确指出新手和中级开发者最容易犯的错误，例如过度依赖指针算术、忽略拷贝语义导致的性能下降等。书中穿插了超过一百个经过验证的、针对现代编译器的优化示例代码，确保读者在学习理论的同时，能够立即将其应用于实际的工程问题中。 通过系统学习本书内容，读者将不再仅仅是C++的“使用者”，而是能深刻理解其设计哲学，并有能力驾驭C++语言的复杂性，构建出行业领先的软件解决方案。

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说实话，这本书的排版和阅读体验嘛，嗯，怎么说呢，它更像是一本大学教科书，而不是一本让你捧在手里津津有味的“编程小说”。如果你期待的是那种充满幽默段子、配有大量网络流行梗的轻松读物，那你可能会大失所望。它的语言风格非常学术化，直白、精确，甚至带有一点点枯燥感。但这恰恰是它价值所在——它不会因为追求阅读的愉悦性而牺牲内容的准确性。我特别欣赏它在讲解异常处理（Exception Handling）机制时那种近乎偏执的细致。它把Checked Exception和Unchecked Exception的哲学上的差异，以及在大型项目中如何构建健壮的错误恢复策略，都纳入了讨论范围。有时候，我会觉得内容有点过于密集了，需要放慢速度，甚至要边读边自己敲代码来消化。它没有太多花哨的图示来辅助理解复杂的流程，更多的是依赖于文字的逻辑链条。对于已经有一定编程基础，希望系统性地查漏补缺或者希望深入理解Java底层机制的读者来说，这本书的深度是无可替代的；但对于一个完全零基础、需要大量图形化引导的新手，这本书的门槛可能会稍微高一些，需要更多的耐心和自律去啃下来。

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这本书的习题和练习部分，简直是“魔鬼训练营”的配置。它不像有些教材，练习题只是简单地让你套用刚刚学过的语法，更多的是要求你进行设计和思考。很多练习题的描述很简洁，但要真正写出一个完整且优雅的解决方案，需要你调动之前学到的所有知识点，包括内存管理、异常处理策略以及面向对象的设计模式。我记得有一个关于文件I/O操作的综合练习，要求我们设计一个能够处理不同编码格式的文本文件读取器，并且要求在遇到损坏的数据块时能够优雅地跳过，而不是直接崩溃。这个练习迫使我不仅要掌握`BufferedReader`的使用，还要思考如何使用自定义的异常来标记数据问题，并实现一个循环读取的机制。做完这样的练习，成就感是非常强的，因为你清楚地知道自己不是在模仿书本上的代码，而是在解决一个真实存在的问题。正是这些富有挑战性的实践环节，将书本上的理论知识真正固化为了你自己的技能树上的能力点，而不是仅仅停留在“我知道”的层面。

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从整体架构上来看，这本书的逻辑组织非常严密，体现了作者对Java语言生态的深刻理解。它并不是简单地罗列Java 8、9、11等新特性，而是将这些特性，比如Lambda表达式和Stream API，巧妙地融入到对传统集合操作和函数式编程思想的讲解中。作者很聪明地处理了“遗留代码兼容性”与“现代编程范式”之间的平衡。例如，在讲解完传统的for循环和迭代器后，紧接着就引入Stream API，并且清晰地指出了为什么现代Java开发者更倾向于后者——因为它在表达意图上更清晰，在并行处理上更高效。这种处理方式的好处是，当你在实际项目中遇到老旧代码时，你能够理解其背后的逻辑；当你需要编写新的模块时，你又能够运用更现代、更简洁的方式。这本书更像是一份全面的技术路线图，它不仅告诉你Java是什么，还引导你思考，在未来的软件开发中，Java应该如何被使用。它确实需要投入时间，但它提供的知识密度和系统性，使得这份投入的回报率非常高。

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我在学习多线程编程（Multithreading）的部分时，这本书的表现尤为出色，这通常是许多入门教材避之唯恐不及的深水区。它没有直接抛出ExecutorService或者Future这类高级API，而是从最底层的`Thread`类和`Runnable`接口开始，慢慢引入了同步机制（Synchronization）。书中对`wait()`, `notify()`, 和 `notifyAll()` 的讲解，配上具体的生产者-消费者模型（Producer-Consumer Model）的实现，简直是教科书级别的示范。我尝试着对比了其他几本同类书籍，它们要么对这部分讲得过于简单，要么直接跳到高级并发工具，导致读者在遇到死锁（Deadlock）或活锁（Livelock）问题时，完全不知道该从何下手调试。而这本书，它构建了一个完整的思维框架，让你明白锁的粒度控制、内存模型对并发的影响，甚至涉及到了Happens-Before关系的基本概念。这种循序渐进、由浅入深的设计，让原本晦涩难懂的并发编程变得可触及、可理解。可以说，如果你的目标是成为一个能够处理高并发场景的开发者，那么这部分内容本身就值回了这本书的价格。

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这本编程入门书，我拿到手的时候，最大的感觉就是“扎实”。它完全没有那种花里胡哨的封面或者试图用时髦的概念来吸引人的伎俩，完完全全就是一本老老实实讲解基础知识的工具书。如果你是那种喜欢一步一个脚印把地基打牢的程序员，这本书绝对是你的菜。它对Java语言的核心概念，比如面向对象编程的四大支柱，讲解得极其透彻。我记得我当时学到接口（Interface）和抽象类（Abstract Class）的区别时，很多其他资料都只是简单罗列了异同点，但这本书里，它通过一些巧妙的例子，让你真切地体会到在什么场景下应该选择哪一个，那种设计上的权衡感被表达得非常清晰。更不用说它对集合框架（Collections Framework）的覆盖了，从List到Map再到Set，每一个类的内部实现原理和适用边界都做了详细的剖析，不是那种告诉你“用这个就行”的表层介绍，而是深入到算法复杂度层面去讨论，这对于想要写出高效代码的人来说，简直是宝藏。我个人认为，这本书最棒的一点在于它的案例选择，它们很少是那种脱离实际的“Hello World”级别的例子，而是恰到好处地结合了初学者能理解的范围，同时又展现了编程思维的严谨性。读完之后，你会发现自己不再是只会调用库函数的“脚本小子”，而是真正理解了代码是如何在虚拟机中运行的。

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