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出版者:机械工业出版社

作者:吉普生

出品人:

页数:296

译者:

出版时间:2010-3

价格:35.00元

装帧:平装

isbn号码:9787111296645

丛书系列:

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深入探索编程语言的奥秘：构建高效能软件的艺术与实践 图书名称：《编译原理与高性能计算》 图书简介： 本书旨在为计算机科学、软件工程及相关领域的学习者和专业人士提供一套全面、深入且极具实践指导意义的知识体系，聚焦于现代编程语言的底层机制、编译器的核心原理，以及如何利用这些知识来设计和实现高性能的计算系统。我们不关注特定消费电子设备的操作系统细节，而是将视野投向更基础、更具通用性的计算科学核心领域。 第一部分：编程语言的本质与设计哲学 本部分将追溯编程语言的演进历程，从早期的机器码、汇编语言，到结构化编程、面向对象范式，再到函数式编程的复兴。我们不仅探讨不同语言（如C, C++, Java, Python, Haskell等）的语法糖和特性，更深层次地剖析驱动这些语言设计的核心理论。 形式语言理论基础： 详细介绍乔姆斯基（Chomsky）的语言层级结构，包括正则文法、上下文无关文法（CFG）和上下文相关文法。通过对这些形式化工具的掌握，读者能够理解编译器如何识别和解析代码结构。 抽象语法树（AST）的构建与遍历： AST是连接源代码和机器代码的桥梁。本书将详述如何利用LALR(1)或LL(k)解析技术生成精确的AST，并提供大量实例说明如何通过树的遍历算法来实现语义分析和中间代码生成。 类型系统与语义学： 深入探究静态类型、动态类型、强类型与弱类型的区别及其对程序可靠性的影响。我们将剖析类型推导（如Hindley-Milner算法）的机制，并讨论类型安全在大型系统中的关键作用。 内存管理范式： 对比手动内存管理（如C/C++中的`malloc`/`free`）、基于引用的自动垃圾回收（如Java/C的实时回收器）以及所有权模型（如Rust）。重点分析不同范式在性能、安全性和并发性方面的权衡。 第二部分：编译器的核心构造与优化 这是全书的技艺核心，详细拆解现代编译器（以LLVM/GCC架构为参照）的各个阶段，旨在培养读者构建定制化编译器或深度优化现有代码的能力。 词法分析（Lexical Analysis）： 阐述如何使用有限自动机（Finite Automata）高效地将字符流转化为有意义的Token，并讨论如何处理正则表达式和消除歧义。 静态语义分析： 涵盖符号表管理、作用域解析和依赖关系检查。重点讲解如何利用控制流图（CFG）和数据流分析来发现潜在的程序错误，如未初始化的变量使用或死代码。 中间表示（IR）的设计与选择： 深入比较三种主流IR形式——三地址码、静态单赋值（SSA）形式和基于寄存器的表示。SSA形式在现代优化中的地位被重点剖析，解释其如何简化数据流分析。 代码生成与后端优化： 这是实现高性能的关键。我们将详细讲解指令选择（Instruction Selection）、寄存器分配（Register Allocation，特别是基于图着色的算法）和指令调度（Instruction Scheduling）。强调如何利用目标机器的微架构特性（如流水线深度、缓存层级）来优化生成代码的时序。 第三部分：高性能计算的编译技术 本部分将理论知识转化为实际的性能提升策略，重点关注并行化和向量化技术。 循环优化（Loop Optimization）： 循环是程序性能瓶颈的集中地。本书将详尽介绍循环展开（Loop Unrolling）、循环交换（Loop Interchange）、循环融合（Loop Fusion）和循环分块（Loop Tiling/Blocking）等技术，这些是实现数据局部性和缓存友好的基石。 数据依赖性分析： 解释如何通过依赖图（Dependency Graph）来准确判断循环迭代之间是否存在数据竞争或顺序限制，这是安全并行化的前提。 自动向量化（Auto-Vectorization）： 探讨编译器如何识别可以利用SIMD（单指令多数据）指令集（如SSE, AVX）的计算模式。我们将展示如何重构代码以最大化向量寄存器的利用率。 并行编程模型的编译支持： 分析OpenMP、CUDA以及基于消息传递接口（MPI）的并行化策略在编译层面是如何被处理和转换的。讨论如何将高级并行结构映射到底层的线程同步和内存访问模型上。 运行时性能分析与反馈驱动优化（FDO）： 介绍如何使用性能分析工具（如perf, Valgrind）收集实际执行数据，并将这些数据反馈给编译器，以进行更精准的、面向实际工作负载的优化编译过程。 目标读者： 本书适合具备扎实的离散数学和数据结构基础，希望深入理解软件如何在底层硬件上高效执行的软件工程师、系统程序员、编译器开发者，以及计算机科学专业的高年级本科生和研究生。通过本书的学习，读者将不再满足于仅仅“使用”高级语言，而是能够掌控编程的全部生命周期，从源代码的抽象到机器码的生成，最终实现极致的计算效率。 核心价值： 本书的核心价值在于将理论的严谨性与工程实践的实用性完美结合。它提供了一个清晰的蓝图，描绘了现代软件性能优化的所有关键节点，使读者能够跨越“黑箱”，成为真正掌握计算核心的架构师。

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初读这本书时，我抱着一种既好奇又略带怀疑的态度，毕竟市面上关于手机系统的“深度解析”太多，很多都是浅尝辄止的表面文章。然而，这本书的深度和广度很快就打消了我的疑虑。作者的叙述风格非常老练，不像某些技术手册那样干巴巴，而是带着一种讲述者特有的节奏感和掌控力。他似乎非常清楚哪些知识点是真正的难点，在哪里需要放慢脚步，用更具象的比喻来引导读者，而在某些基础概念上又能一笔带过，绝不拖泥带水。我特别喜欢其中穿插的一些历史回顾，比如某个特定版本系统更新带来的架构性变革，这让枯燥的技术演进变得生动起来，仿佛在看一部微缩的科技发展史。阅读过程中，我常常需要停下来，对照着自己手中的设备，去验证书中所描述的某些行为模式，这种理论与实践的即时互动，极大地增强了学习的代入感。这本书的价值不仅在于传授硬核技术，更在于它培养了一种深入挖掘事物本质的思维方式，教你如何跳出应用框架去看待整个生态系统的运作。

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这本书的封面设计得非常引人注目，那种深沉的蓝与冷峻的银色字体组合，立刻就让人联想到精密的技术和一丝丝“禁区”的诱惑力。我拿到手的时候，首先被它的厚度震住了，感觉像是在翻阅一本武林秘籍，而不是一本普通的电子书。内页的排版清晰，图文并茂，即便是那些涉及底层代码和复杂协议的部分，作者也努力用图表和流程图来辅助理解，这一点对于我这种半路出家的技术爱好者来说简直是福音。虽然我主要关注的是应用层面的优化和用户体验的打磨，但这本书对于操作系统底层架构的剖析，还是为我提供了很多全新的视角。它不仅仅是教你“怎么做”，更深层次地阐述了“为什么”要这样做，那种对系统设计哲学层面的探讨，让整个阅读过程充满了智力上的挑战与乐趣。我尤其欣赏其中关于内存管理和能效比优化的章节，那种对资源极限的精细操控，读起来简直是一种艺术享受，让人不禁想马上找个旧设备来实践一番，看看能否榨取出更多的潜力。这本书的视野非常开阔，从硬件接口到内核层面的安全机制都有涉猎，给人一种全景式的技术扫描感，完全超出我原先对这类书籍的期待。

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说实话，这本书的阅读门槛确实不低，它绝不是那种可以让你在通勤路上随便翻翻消磨时间的读物。你需要投入相当的精力和时间去消化那些复杂的概念，尤其是在涉及到固件和底层通信协议的部分，我感觉自己像是在啃一块非常坚硬的骨头。但正是这种硬核的质感，让我觉得物有所值。作者在描述某些攻击面或绕过机制时，那种精准的用词和严谨的逻辑推导，让人感到一种近乎偏执的专业性。我以前总觉得很多安全漏洞的分析是事后诸葛亮，但这本书似乎在以一种预判性的眼光来审视系统设计中的潜在弱点，这是一种非常高级的思维。我注意到，书中对不同代际硬件架构的差异化处理也做得非常到位，没有一概而论，而是清晰地标明了适用范围，这体现了作者对整个产品线演变的深刻理解。对于想要构建真正坚固的定制化解决方案的人来说，这本书简直就是一本不可或缺的参考地图。

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这本书给我带来的最大震撼，在于它对“限制”二字的重新定义。我们通常习惯于接受设备厂商设定的使用边界，认为那就是硬件和软件的全部可能性。但这本书像一把锋利的解剖刀，冷静而精准地展示了这些边界是如何被构建起来的，以及在何种原理下它们是可以被超越或重塑的。书中对于电源管理芯片与主处理器之间低功耗模式的交互分析，细致到了令人发指的地步，我从中获得了很多关于如何延长设备生命周期和优化后台任务执行效率的启发，这直接转化为了我对日常设备使用的改进。它并非一本教你如何“破解”来获取不当利益的书籍，而更像是一部关于“系统极限工程学”的教科书。它教会我们尊重规则，但更重要的是，理解规则背后的物理和逻辑基础，从而在规则允许的范围内，将设备的潜力挖掘到极致。读完之后，我对现代移动计算设备的复杂性和精妙之处，有了全新的敬畏之心。

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我通常在周末的清晨，泡上一壶浓茶，在安静的环境下阅读这类书籍，这本书完全符合这种仪式感。作者的文笔有一种沉稳而有力的美感，即使是描述那些技术细节，也处理得非常优雅。比如，当他解释某个系统调用是如何在用户空间和内核空间之间进行上下文切换时，他没有堆砌冗长的代码片段，而是用一系列精心设计的类比，把这个过程描绘成一场复杂的、高效率的“信息交接仪式”。这种叙事上的高级感，让阅读体验大大提升。我发现自己不仅仅是在学习技术，更是在欣赏一种高超的技术表达艺术。这本书的深度足以让资深开发者感到新鲜，同时它的结构又足够清晰，让有志于进入这个领域的新手也不会感到完全迷失。它提供了一条清晰的路径，从表层的使用习惯，一步步引导你深入到驱动设备运行的那些看不见的“神经中枢”。

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