面向对象软件工程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Stephen R.Schach

出品人:

页数:558

译者:

出版时间:2009-3

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787111265269

丛书系列:

图书标签:

• 軟件設計
• 契约式编程
• 软件工程
• 面向对象
• 设计模式
• UML
• 软件开发
• 程序设计
• 软件质量
• 需求分析
• 系统架构
• 代码规范

好的，这是一份关于一本名为《高级数据结构与算法优化》的图书简介，它与《面向对象软件工程》无关。 --- 图书简介：《高级数据结构与算法优化》 深入挖掘计算效率的极限，构建高性能软件的基石 在当今信息技术飞速发展的时代，软件的性能已成为决定其成败的关键因素之一。从海量数据处理到实时交互系统，对计算效率的追求永无止境。本书《高级数据结构与算法优化》并非聚焦于软件开发的宏观架构或设计范式，而是潜入到代码执行的最底层逻辑，系统性地阐述如何通过精妙的数据组织和算法设计，榨取每一分系统资源，实现卓越的运行速度和内存占用控制。 本书面向具有扎实编程基础，渴望在算法和数据结构层面实现突破的工程师、研究人员和高阶学生。我们假设读者已经熟悉基本的链表、树、图等结构，以及排序、搜索等基础算法。在此基础上，本书将带领读者进入一个更深、更具挑战性的领域——性能瓶颈的识别、量化与消除。 第一部分：超越基础——复杂数据结构的精深解析 本部分将彻底重构并深化读者对经典数据结构的理解，重点关注它们在特定场景下的性能边界与扩展应用。 第一章：B树族与磁盘 I/O 优化 磁盘存取速度远低于内存速度，这是构建大型数据库和文件系统的核心制约。本章将深入剖析B树、B+树、B树的结构原理，并重点探讨它们如何通过最小化磁盘寻道次数来优化范围查询和索引操作。我们将详细分析多路平衡搜索树的构建与维护机制，并通过案例研究展示 LSM-Tree（Log-Structured Merge-Tree）架构在写密集型系统（如NoSQL数据库）中的应用，解释其如何通过批量写入策略牺牲部分读取性能来换取极高的写入吞吐量。 第二章：跳跃表（Skip List）与并发数据结构 跳跃表以其在平均情况下接近O(log n)的查找、插入和删除性能，以及比平衡二叉树更简单的实现特性，在高性能缓存和并发场景中占据一席之地。本章不仅会详细讲解随机化在构建多层链表中的作用，更重要的是，我们将探索如何将跳跃表应用于无锁（Lock-Free）或低锁（Low-Lock）并发数据结构的设计。读者将学习到如何利用原子操作（CAS）来实现线程安全的数据结构，这对于构建高并发网络服务至关重要。 第三章：空间划分数据结构与高维数据索引 随着数据维度（特征数量）的增加，传统一维索引的效率急剧下降。本章聚焦于解决高维数据管理问题。我们将详细介绍K-D树、R树及其变体（如R树、Hilbert R-Tree）。这些结构在地理信息系统（GIS）、计算机图形学和模式识别中扮演核心角色。我们不仅会探讨它们的构建算法和平衡策略，还会深入分析“维度灾难”对这些结构性能的影响，并提供在高维空间中执行高效最近邻搜索（Nearest Neighbor Search）的实用技巧。 第二部分：算法的深度优化与分析 本部分将从理论层面入手，结合实际的性能测量和优化技术，指导读者如何超越教科书上的标准复杂度分析。 第四章：摊还分析与动态结构效率评估 在分析动态数据结构（如斐波那契堆、配对堆）时，最坏情况分析往往不能完全反映其实际性能。本章将系统介绍摊还分析（Amortized Analysis）这一强大的工具，通过聚合方法和势能函数，精确评估一系列操作的平均成本。我们将深入比较不同堆结构（如二项堆、斐波那契堆）的实际操作成本，并讨论何时选择一个在最坏情况下性能略差但摊还性能更优的结构。 第五章：图算法的现代加速技术 图论是现代计算的核心。本章聚焦于在超大规模图数据上实现高性能的核心算法。我们将超越Dijkstra和Floyd-Warshall的基础版本，重点探讨以下内容： 1. 并行图处理框架：介绍Pregel、GraphLab等模型的工作原理，以及如何将图算法映射到分布式计算环境中。 2. 单源最短路径的近似与预处理：探讨如何使用分层图（Hierarchy Decomposition）或Contraction Hierarchies（收缩层次结构）进行预处理，实现毫秒级的实时查询。 3. PageRank的迭代优化：分析其迭代收敛速度，并介绍如何利用稀疏矩阵运算库（如PETSc或Eigen）来加速大规模PageRank的计算。 第六章：算法的底层实现与硬件感知优化 理论上的 $O(n log n)$ 并不意味着在特定硬件上总是比 $O(n^2)$ 快。本章关注的是如何使算法的执行与现代CPU架构（缓存、流水线、向量化）协同工作。 缓存局部性（Cache Locality）：分析如何通过数据重排和结构调整（如将数组-数组结构转换为结构-数组结构），最大化L1/L2缓存命中率。 向量化（SIMD）与指令级并行：介绍如何利用SSE/AVX指令集，将数据操作并行化，特别是在涉及数值计算和信号处理的算法中实现数量级的加速。 内存访问模式优化：通过具体的例子（如矩阵乘法的分块算法），演示如何将内存带宽瓶颈转化为计算瓶颈。 第三部分：工程实践——性能分析与工具链 理论的优美必须通过实践来验证。本部分将引导读者掌握一套完整的性能工程方法论。 第七章：系统化的性能剖析方法 避免“猜测式优化”是性能工程的第一原则。本章详细介绍专业的性能分析工具和方法： 1. 采样与指令级分析：使用 `perf` (Linux) 或类似工具，进行低开销的采样分析，定位热点函数和错误的缓存行为。 2. 动态插桩与跟踪：学习使用 Valgrind 或 Intel VTune 等工具，获取函数调用栈、内存访问模式和分支预测失误的详细报告。 3. 微基准测试（Micro-Benchmarking）：讲解如何使用 Google Benchmark 或其他框架，编写准确、可重复的微基准测试，以量化细微的算法改进带来的性能提升。 第八章：编译器的角色与优化视角 现代编译器（如GCC, Clang）是性能优化的强大盟友。本章将教会读者如何“阅读”编译器的优化输出： 理解优化级别（-O1, -O2, -Os, -Ofast）的权衡：了解不同级别下，编译器会进行哪些转换（如循环展开、函数内联、死代码消除）。 指令重排与内存屏障：在涉及多线程和特定内存模型（如C++内存模型）时，理解编译器可能引入的指令重排如何影响算法的正确性和性能。 Attribute与Hinting：使用特定于编译器的函数属性（如`__builtin_expect`）来指导优化器做出更符合实际运行情况的决策。 --- 《高级数据结构与算法优化》旨在为读者提供一个从理论深度到工程实践的无缝衔接。掌握本书内容，读者将不再满足于“能跑就行”，而是能够设计并实现出在任何约束条件下都能展现出极致效率的计算方案。这是一本关于如何在数字世界的底层逻辑中，实现真正高性能的权威指南。

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我特别欣赏这本书在技术深度和广度上取得的平衡。它并没有回避面向对象在不同编程语言中的实现细节，例如Java、C++、Python等，而是通过对比和分析，展示了不同语言在支持面向对象特性方面的异同。这对于我这样需要跨语言开发的工程师来说，非常有价值。在深入讲解某个设计模式时，作者会根据不同的语言环境，给出相应的代码实现，这使得我对模式的应用有了更直观的理解。同时，这本书也并没有局限于某个具体的编程语言，而是从更普遍的软件工程角度出发，强调面向对象思想的普适性。它让我意识到，无论使用何种语言，良好的面向对象设计原则和模式都能够帮助我们构建出高质量的软件。作者在讲解过程中，也涉及了与面向对象相关的其他重要概念，例如敏捷开发、测试驱动开发（TDD）等，并阐述了面向对象在这些方法论中的作用。这种跨领域的知识融合，让我对整个软件开发生态有了更全面的认识。

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在我看来，这本书的价值远不止于理论知识的传授，它更像是一本指导我如何成为一名优秀软件工程师的“行动手册”。书中关于设计原则的部分，例如SOLID原则（单一职责、开放封闭、里氏替换、接口隔离、依赖倒置），作者并没有仅仅罗列出这些原则，而是深入浅出地剖析了每个原则的内涵、重要性以及违背这些原则可能带来的负面影响。尤其是在讲解“开放封闭原则”时，作者通过一个简单的图形绘制器案例，展示了如何通过抽象和接口，使得系统在增加新功能时无需修改已有代码，这让我深刻体会到代码可扩展性的巨大优势。此外，书中对设计模式的介绍，如工厂模式、单例模式、观察者模式等，作者更是结合了实际的软件开发场景，详细讲解了每种模式的适用范围、解决的问题以及优缺点。通过这些生动的案例，我能够清晰地看到设计模式如何在复杂的软件系统中扮演“灵丹妙药”的角色，帮助我们构建出更健壮、更易于维护和复用的代码。我开始反思自己过往的项目，很多设计上的“痛点”似乎都能在这些经典的设计模式中找到解决方案。这本书提供的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这样做”，它引导我从更宏观的视角去思考软件的设计与架构。

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书中对于软件生命周期各个阶段的讨论，以及面向对象方法如何在每个阶段发挥作用，是我非常看重的内容。作者在阐述需求分析阶段，如何利用面向对象的方式来理解和建模现实世界的问题，通过识别“领域对象”来驱动设计，让我受益匪浅。这与我以往仅仅关注代码实现的方式截然不同，它强调了在动手写代码之前，进行深入的领域建模和概念梳理的重要性。在设计阶段，书中详细介绍了类图、序列图等UML图在面向对象设计中的应用，并且通过实际例子演示了如何利用这些图来可视化和沟通设计思路，这对于团队协作和项目管理来说，无疑是极具价值的。我尤其欣赏作者关于“抽象”的论述，它并非仅仅是技术层面的抽象，更是思维层面的抽象，如何将纷繁复杂的世界提炼成可管理的模型，这是面向对象的核心能力之一。在实现阶段，作者结合了各种编程语言的特性，阐述了如何将面向对象的设计思想转化为实际的代码，并提供了许多编码技巧和最佳实践。这本书让我明白，面向对象软件工程并非一个孤立的技术，而是贯穿于整个软件开发过程的一套完整的体系。

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我必须提及这本书在图文结合方面做得非常出色。书中大量的UML图，如类图、序列图、用例图等，清晰地展示了面向对象的设计和交互。这些图不仅仅是装饰，更是理解复杂概念的关键辅助工具。作者在讲解类关系时，使用精确的UML符号来表示继承、关联、聚合、组合等，让我能够一目了然地理解对象之间的结构和联系。此外，书中还配有许多流程图和示意图，用于解释算法、设计模式的工作原理，以及软件系统的整体架构。这些图解不仅丰富了阅读体验，更重要的是，它们将抽象的概念可视化，使得复杂的知识变得易于消化和记忆。我常常会在阅读一段文字后，回头去看对应的图，或者反之，通过图来回顾文字内容，这种图文并茂的学习方式，极大地提高了我的学习效率。它让我觉得，这本书不仅仅是一本技术书籍，更是一部精美的图解百科全书。

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这本书的章节设置逻辑严谨，循序渐进，从最基础的概念讲起，逐步深入到更复杂的应用场景。初学者可能会在接触到“类”和“对象”这些基本概念时感到一丝困惑，但作者通过生动形象的比喻，将这些抽象的术语变得易于理解。例如，在讲解“封装”时，作者用汽车发动机的比喻，清晰地阐述了隐藏内部细节、只暴露必要接口的重要性，这让我立刻联想到在实际开发中，如何通过封装来提高代码的可维护性和安全性。接着，对“继承”的阐释，作者则运用了生物学中的遗传概念，说明了子类如何继承父类的属性和行为，并在此基础上进行扩展或修改，这对于理解代码的复用性和层次结构非常有帮助。而“多态”部分，更是将面向对象的强大之处展现得淋漓尽致，作者通过银行账户的不同子类（如储蓄账户、信用卡账户）对“取款”操作的不同响应，生动地说明了同一个接口可以有多种实现方式，这在设计灵活、可扩展的系统时具有极其重要的意义。我特别喜欢作者在每个概念讲解之后，都会提供一些简洁的代码示例，这些示例不仅验证了理论，更重要的是，它们直观地展示了如何在实际编程中应用这些概念。这种理论与实践相结合的方式，极大地增强了我的学习信心和兴趣，让我觉得掌握面向对象编程触手可及。

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从阅读体验上来说，这本书绝对是令人愉悦的。清晰的排版、恰到好处的留白、以及选用高质量纸张印刷，都为我提供了一个舒适的阅读环境。字体大小适中，字迹清晰，长时间阅读也不会感到疲劳。封面设计虽然朴实，但却透露出一种专业和沉静的气质，非常符合其内容。每一章的开头都有一个引人入胜的引言，为接下来的内容做了很好的铺垫，而每章的结尾则是一个精彩的总结，帮助我回顾和巩固所学知识。作者的语言风格，虽然严谨但不失趣味性，他善于运用一些恰当的比喻和类比，将晦涩的技术概念解释得生动形象。即使是对于一些较为底层的技术原理，作者也能用通俗易懂的语言来阐述，让我能够感受到一种“原来如此”的豁然开朗。总的来说，这本书在细节之处都体现出了作者的用心，这使得我在阅读过程中，能够完全沉浸其中，享受学习的乐趣，而不会被繁杂的格式或晦涩的语言所打扰。

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这本书的封面设计简洁而专业，散发着一种沉稳的技术气息。翻开扉页，映入眼帘的是清晰的字体和合理的排版，这让我对阅读过程充满了期待。作为一个在软件开发领域摸爬滚打多年的工程师，我深知理论与实践的结合对于理解复杂概念的重要性。这本书的序言部分，作者用一种富有洞察力的方式，描绘了面向对象思想在现代软件开发中的核心地位，以及它如何有效地解决传统程序设计中遇到的瓶颈。我尤其欣赏作者在序言中提到的，面向对象并非仅仅是一种编程范式，而是一种思考问题、组织代码、乃至设计整个软件系统的方法论。它强调了“事物”作为核心，对象之间的交互，以及封装、继承、多态这些关键原则的威力。在阅读的过程中，我不断回想起自己过去的项目经历，那些曾经让我头疼不已的复杂逻辑和维护难题，似乎都在面向对象思想的光辉下找到了清晰的解决之道。这本书仿佛为我打开了一扇新的窗户，让我能够以一种更系统、更优雅的方式去审视和构建软件。作者的文笔流畅，语言精准，既有理论的深度，又不失实践的指导意义，这对于我这样既需要理论支持又渴望实际应用的学习者来说，无疑是一份宝贵的财富。我迫不及待地想要深入到书中，去探索那些隐藏在抽象概念背后的具体实现方法和设计模式。

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这本书最让我印象深刻的是其前瞻性和启发性。作者在书中不仅讲解了面向对象软件工程的核心概念和方法，还探讨了该领域未来的发展趋势，以及新兴技术对面向对象思想的挑战和融合。例如，在讨论微服务架构时，作者阐述了如何将面向对象的设计原则应用于构建解耦的、可独立部署的服务，以及如何在这种分布式环境中管理对象的状态和通信。此外，书中还提及了函数式编程等其他编程范式，并分析了它们与面向对象编程的异同，以及在实际开发中如何结合使用。这种开阔的视野，让我能够站在更高的角度去审视面向对象软件工程，并思考其在未来的软件开发中将扮演怎样的角色。它不仅仅是一本“教我如何做”的书，更是一本“让我思考为什么”的书，它激发了我对软件工程更深层次的探索欲望，让我对接下来的学习和职业发展充满了更清晰的规划和期待。

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这本书在讲解过程中，并没有止步于简单的概念介绍，而是巧妙地融入了大量的实际案例和思考题，这极大地激发了我的学习热情和主动性。每一个案例都精心设计，贴合实际开发中的常见问题，作者引导读者一步步分析问题，找出症结，然后运用面向对象的设计思想和原则来解决。例如，在讲解如何进行类设计时，作者通过一个电子商务系统的购物车模块，演示了如何识别出“商品”、“购物车”、“订单”等核心对象，以及它们之间的关系和交互。这种“由问题驱动”的学习方式，比单纯记忆概念要深刻得多。此外，书中穿插的思考题，更是让我有机会在阅读后进行自我检验和深化理解。我常常在完成一个章节后，停下来仔细思考作者提出的问题，尝试从不同的角度去分析，甚至会在脑海中构思出自己的解决方案。这种主动的参与感，让学习过程变得更加生动有趣，也让我能够更牢固地掌握所学知识。我感觉到，这本书不仅仅是在“教”我，更是在“启发”我，引导我成为一个更具独立思考能力的开发者。

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总而言之，这本书是一本集理论深度、实践指导、以及前瞻视野于一体的优秀著作。对于任何希望在软件开发领域有所建树的开发者来说，它都将是一本不可或缺的参考书。书中对面向对象软件工程的全面阐述，从基础概念到高级设计模式，从理论原则到实际应用，无不体现出作者深厚的功底和对行业的深刻理解。它不仅能够帮助我掌握扎实的面向对象编程技能，更能培养我系统性思考问题、设计优雅解决方案的能力。我深信，在未来的项目开发中，我将反复翻阅这本书，从中汲取智慧和灵感。这本书为我打开了一扇通往高质量软件开发的大门，让我看到了更广阔的职业发展前景。它的价值，远远超出了我最初的预期，堪称是软件工程领域的“宝藏”。

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