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出版者:Packt Publishing

作者:Dmitrii Borisenkov

出品人:

页数:451

译者:

出版时间:2019-10-9

价格:USD 49.99

装帧:Paperback

isbn号码:9781789136142

丛书系列:

图书标签:

• LLVM
• 软件工程
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• 编译原理
• LLVM
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• Code Optimization
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• Software Development

好的，这是一本关于软件开发与系统编程的深度技术著作的简介，它聚焦于构建高性能、可靠的底层基础设施。 --- 《系统级编程与现代编译器设计：底层优化与内存模型》 作者： [虚构作者姓名，例如：亚历克斯·里德 & 玛莎·陈] 出版社： [虚构出版社名称，例如：先驱技术出版社] 内容导览 在当今快速迭代的计算环境中，从移动设备到大规模云计算平台，对软件性能的极致追求从未停歇。本书《系统级编程与现代编译器设计：底层优化与内存模型》 并非一本简单的语言教程，而是一部深入剖析现代软件栈核心原理的权威指南。它旨在为资深软件工程师、系统架构师、编译器开发者以及追求卓越性能的研究人员提供一套坚实的理论基础和实用的工程实践。 本书的核心目标是揭示那些隐藏在高级抽象层之下、决定程序运行效率和稳定性的关键机制。我们将带领读者穿越操作系统的藩篱，直抵CPU架构的门槛，探索如何以最接近硬件的方式思考和编写代码。 全书内容围绕三个主要支柱展开：并发与并行计算的复杂性、内存访问的深层优化，以及现代编译器如何重塑代码执行。 --- 第一部分：现代硬件与内存层级深入（The Deep Dive into Memory Hierarchy） 本部分着重于理解现代处理器的微架构，以及这些架构如何影响我们的代码性能。 第1章：超越摩尔定律：现代CPU的执行模型 本章首先概述了当今主流指令集架构（ISA）的演变，重点分析乱序执行（Out-of-Order Execution）、分支预测（Branch Prediction）的内部机制及其对性能的实际影响。我们将深入探讨指令级并行性（ILP）的实现方式，并教授读者如何通过代码结构来有效地“喂饱”处理器流水线，避免停顿。 第2章：缓存的艺术与科学：三级缓存的生命周期 缓存是现代系统性能的生命线。本章详细剖析了L1、L2、L3缓存的工作原理，包括缓存行大小、相联度（Associativity）和替换策略。我们将用实际案例展示如何通过数据布局优化（如结构体对齐、数组遍历顺序）来最大化缓存命中率，并探讨伪共享（False Sharing）这一常见的并发性能杀手。 第3章：内存屏障与一致性模型：从C++到硬件的桥梁 理解内存模型的细微差别至关重要。本章超越了语言规范层面，探讨了处理器级别的内存一致性模型（如x86的弱一致性与ARM的更严格模型）。我们将详细解析`volatile`关键字的真正含义，并深入讲解各种内存屏障（Memory Fences）的精确作用，包括它们如何与CPU的Store Buffer和Load Buffer交互，以确保跨核心操作的可见性。 --- 第二部分：并发、同步与原子操作的精确控制（Precise Control over Concurrency） 并发是现代计算的基石，但也是最容易出错的领域。本部分致力于提供构建无锁（Lock-Free）和低延迟并发系统的工具和知识。 第4章：锁的替代方案：无锁数据结构的构建 本章聚焦于使用原子操作而非互斥锁来实现线程安全。我们将详细介绍Compare-and-Swap (CAS) 循环的工作机制，并指导读者如何基于CAS实现基础的无锁栈（Stack）和队列（Queue）。此外，还将探讨内存顺序保证（Memory Ordering Guarantees）在无锁编程中的关键作用。 第5章：精通硬件原子操作：Load-Linked/Store-Conditional (LL/SC) 针对那些在RISC架构（如ARM或PowerPC）上进行系统编程的开发者，本章专门讲解LL/SC原语。我们将对比LL/SC与CAS的适用场景，并展示如何在特定硬件上设计更高效的同步机制，尤其是在事务性内存（Transactional Memory）的概念被引入时。 第6章：并行算法的设计与优化 本章从高层视角审视并行化。内容涵盖了任务分解的策略（如数据并行与任务并行）、工作窃取（Work Stealing）框架的原理，以及如何利用SIMD（单指令多数据）指令集（如AVX/SSE）对数据密集型计算进行向量化加速。我们将提供一套评估并行效率的量化指标体系。 --- 第三部分：编译器的幕后世界与代码生成（Compiler Internals and Code Generation） 理解编译器如何将人类可读的代码转换为高效机器码，是实现终极性能优化的前提。 第7章：中间表示（IR）的结构与转换 本章将作为编译技术的核心切入点，详细介绍现代编译器（如LLVM或GCC）所使用的通用中间表示（IR）的结构。重点分析SSA（静态单赋值）形式的优势，以及数据流分析、控制流图（CFG）的构建过程。读者将学会如何阅读和解释IR代码，从而洞察编译器优化发生的位置。 第8章：数据流分析与静态优化技术 深入探讨编译器如何进行数据流分析以安全地执行优化。内容包括常数传播、死代码消除、通用子表达式消除（CSE）等经典优化。我们将重点分析别名分析（Alias Analysis） 的重要性，理解它如何影响编译器对指针操作的假设和代码重排的权限。 第9章：代码生成与指令选择 本章聚焦于将优化的IR映射到目标机器码的过程。我们将讲解指令选择（Instruction Selection）中的模式匹配技术，以及寄存器分配（Register Allocation）的复杂性。通过分析目标特定的优化传递（Target-Specific Passes），读者将理解为什么同一段代码在不同架构上会有截然不同的执行效率。 第10章：探查与调试编译优化：超越断点 本章提供实用的工程技巧，教导工程师如何验证编译器优化的正确性并诊断性能回归。内容涵盖使用编译器内建工具查看优化日志、理解编译时警告的深层含义，以及如何通过特定的编译标志（Flags）来“锁定”或“强制执行”某些优化策略，以便进行A/B测试。 --- 目标读者 本书适合具备扎实C/C++基础，熟悉操作系统基本原理，并希望深入理解软件性能瓶颈根源的专业人士。它尤其推荐给： 1. 系统软件工程师： 编写内核、驱动程序、高性能服务器组件的开发者。 2. 编译器与运行时工程师： 从事优化器开发、JIT技术或语言工具链构建的人员。 3. 性能分析师与架构师： 需要对现有代码库进行深度性能审计和架构重构的专家。 通过阅读本书，您将不仅仅是代码的编写者，更能成为系统资源（时间、空间、带宽）的精明管理者。

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当我翻阅《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》时，一个让我印象深刻的方面是它似乎不仅仅局限于 LLVM 的静态分析和优化，而是更广泛地触及了 LLVM 在动态执行和 JIT（Just-In-Time Compilation）方面的应用。这是我一直非常感兴趣的领域。 我迫切地想了解书中是如何讲解 LLVM 的 JIT 编译器的。这包括如何实时地将 LLVM IR 编译成机器码，以及如何将其嵌入到应用程序中以实现动态代码生成。理解 JIT 编译的原理和实现，对于开发高性能的动态语言运行时、游戏引擎中的脚本系统，甚至一些科学计算库都具有重要的意义。我期待书中能够提供深入的剖析和实际的 JIT 应用案例，让我能够掌握构建动态代码执行系统的核心技术。

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作为一个对编译器底层原理充满好奇的开发者，我一直在寻找一本能够系统性地讲解 LLVM 核心库的著作。《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》这本书，从其厚度和内容概览来看，无疑是一部值得深入研究的巨著。我尤其对书中关于 LLVM 的模块化设计和插件机制的介绍感到兴奋。 LLVM 的灵活性很大程度上得益于其模块化的设计，允许开发者轻松地扩展其功能。我期望书中能够详细介绍如何构建自定义 LLVM 模块，如何将其集成到 LLVM 的构建系统中，以及如何利用 LLVM 的插件机制来实现特定功能。掌握这些，将使我能够根据自己的需求，定制和扩展 LLVM，甚至为 LLVM 社区贡献自己的力量。

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我在翻阅《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》时，被其对 LLVM 内部组件的详细拆解所深深吸引。书中的一部分内容着重介绍了 LLVM 的 Pass Manager，这是 LLVM 优化流水线的核心。我一直对编译器优化如何提升程序性能感到着迷，而 Pass Manager 正是实现这一目标的关键。我期待在该书中找到关于如何设计、实现以及集成自定义 Pass 的详尽指导。这不仅仅是理论知识的传授，我更希望从中学习到实际操作的经验，了解如何针对特定的优化需求，构建高效的 LLVM Pass。 书中对于 LLVM IR 的解释也给我留下了深刻的印象。LLVM IR 是 LLVM 的核心数据结构，掌握它是深入理解 LLVM 的关键。我期望该书能够详细阐述 LLVM IR 的各个指令、类型系统以及如何进行 IR 的生成、转换和分析。这不仅仅是学习一套新的语法，更是一种理解程序语义的新视角。我非常期待能够通过这本书，掌握如何读懂、写出以及操作 LLVM IR，从而能够更有效地进行代码分析和转换，甚至参与到 LLVM 自身的开发中。

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在我的职业生涯中，我曾多次接触到与程序分析和静态分析相关的任务。《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》书中关于 LLVM 如何支持程序分析的部分，引起了我极大的兴趣。LLVM 的中间表示（IR）为进行各种形式的静态分析提供了强大的基础，比如数据流分析（data flow analysis）、别名分析（alias analysis）等。 我非常希望书中能够提供关于如何利用 LLVM API 进行自定义程序分析的详细指导。这包括如何遍历 LLVM IR，如何提取有用的程序信息，以及如何实现各种分析算法。掌握这些知识，将极大地提升我进行代码理解、漏洞检测、性能瓶颈识别等工作的能力。我期待书中能够提供实际的代码示例和案例研究，让我能够将所学知识迅速应用于实际项目中。

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我对于《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》中关于 LLVM 优化技术的部分充满了期待。编译器优化是现代软件工程中不可或缺的一环，它直接关系到程序的性能和效率。书中对 LLVM 内部优化器的剖析，比如内联（inlining）、循环展开（loop unrolling）、死代码消除（dead code elimination）等，我非常希望能从中获得深入的理解。 我期望书中不仅仅是简单地列举这些优化技术，更重要的是能够阐述它们是如何在 LLVM 中实现的，以及其背后的算法和原理。理解这些优化过程，不仅能帮助我更好地利用 LLVM 进行代码优化，更能启发我在编写高效代码时，如何避免生成低效的机器码。我希望能够通过这本书，掌握如何根据不同的场景选择和配置 LLVM 的优化级别，从而最大限度地提升程序的运行效率。

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我一直是 LLVM 项目的忠实关注者，并且对其在开源社区中的影响力深感钦佩。《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》这本书，在我看来，是深入理解 LLVM 核心库不可多得的宝贵资源。特别是在书中关于 LLVM 调试支持（debugging support）的章节，我寄予厚望。 调试一个复杂的软件系统，尤其是编译器本身，常常是一项艰巨的任务。我希望书中能够深入剖析 LLVM 如何生成和处理调试信息（如 DWARF 格式），以及如何与 GDB 等调试器协同工作。理解这些底层机制，不仅有助于我更有效地调试我使用 LLVM 构建的应用程序，更能帮助我深入理解 LLVM 自身的运行过程，并在遇到疑难杂症时，能够快速定位问题。

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这本书给我的第一印象是它的结构非常清晰，逻辑性很强。它似乎不像市面上很多技术书籍那样，堆砌大量的代码片段和 API 参考，而是更注重于构建一个完整的知识体系。特别是关于 LLVM 的后端（backends）和代码生成（code generation）的部分，我预感会是这本书的一大亮点。理解 LLVM 如何将通用的中间表示（IR）转化为特定目标架构（如 x86、ARM）的机器码，这是一个复杂但至关重要的过程。 我迫切地想知道书中是如何讲解代码生成的。是不是会从 LLVM 的指令选择、寄存器分配、指令调度等核心问题展开？有没有介绍如何为新的处理器架构添加 LLVM 后端？这些都是我一直在思考和探索的技术难题。如果这本书能够提供清晰的脉络和实用的案例，那么它将极大地帮助我理解编译器后端的工作原理，甚至为我将来参与跨平台开发或嵌入式系统开发打下坚实的基础。

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作为一名在软件工程领域摸爬滚打多年的开发者，我深知掌握底层工具的重要性，尤其是在编译器和语言运行时环境方面。我一直在寻找一本能够深入剖析 LLVM 核心库的权威著作，能够引领我从宏观概念到微观实现，一步步理解这个强大框架的运作机制。当我看到《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》这本书时，内心涌起一股强烈的期待。我翻阅了它，尽管我还没能深入到每一个章节的细节，但仅从其目录结构和章节标题就能感受到作者的用心良苦。 书的开篇，作者似乎并未直接陷入代码细节，而是从 LLVM 的设计哲学和宏观架构入手。这对我来说至关重要。理解一个工具的“为什么”和“是什么”往往比直接学习“怎么做”更能帮助我形成深刻的认知。作者显然是花了心思来构建这样一个由浅入深的阅读路径，让我们这些初学者能够在一个坚实的地基上开始我们的 LLVM 探索之旅。我尤其对那些介绍 LLVM 如何组织代码、如何处理抽象语法树（AST）以及如何进行中间表示（IR）生成的章节充满了好奇。我设想，在这里，我将看到 LLVM 如何将高层次的语言特性转化为机器可以理解的低层次指令，这个过程中的每一个环节都蕴含着精巧的设计和深刻的算法。

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我对《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》这本书的另一个关注点是它对于 LLVM 抽象语法树（AST）的讲解。虽然 Clang 负责将 C/C++ 等语言源代码转换为 LLVM IR，但理解 Clang 如何生成和操作 AST，对于深入理解 LLVM 的前端处理过程至关重要。 我期待书中能够详细阐述 Clang AST 的数据结构，如何遍历 AST，如何从中提取语法和语义信息，以及如何对 AST 进行修改和转换。掌握这些技术，不仅能够帮助我理解 Clang 的工作原理，更能为我进行更高级的静态分析、代码重构或元编程等任务提供坚实的基础。我希望这本书能够提供清晰的图示和实际的代码示例，帮助我直观地理解 AST 的概念和操作。

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作为一名对编译器技术充满热情的研究生，我一直在寻找能够系统性学习 LLVM 核心库的资源。《Learn LLVM Core Libraries, 2nd Edition》的出现，无疑为我打开了一扇新的大门。我尤其关注书中关于 LLVM 的工具链（toolchain）的介绍，例如 Clang 和 LLD。Clang 作为 LLVM 的 C/C++/Objective-C 前端，其内部结构和工作流程是理解 LLVM 生态系统的关键。 我期待书中能够详细阐述 Clang 如何解析源代码、构建抽象语法树（AST），以及如何将 AST 转换为 LLVM IR。同时，关于 LLD 这一新的链接器，我也充满好奇。传统的链接器在处理大型项目时存在一些性能瓶颈，而 LLD 的出现似乎为解决这些问题提供了新的思路。如果书中能够深入分析 LLD 的设计思想和实现细节，将有助于我更全面地理解整个 LLVM 项目的价值和潜力。

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