Crafting a Compiler with C

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出版者:Addison Wesley
作者:Charles N. Fischer
出品人:
页数:812
译者:
出版时间:1991-7-11
价格:USD 122.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780805321661
丛书系列:
图书标签:
  • 编译原理
  • 计算机
  • C/C++
  • 编译技术
  • 编程
  • 经典
  • Compiler
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  • 编译原理
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  • 计算机科学
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  • 语法分析
  • 词法分析
  • 代码生成
  • 优化
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具体描述

深入探究现代操作系统设计与实现 一本关于构建、优化与管理复杂内核的实践指南 --- 内容概述 本书《深入探究现代操作系统设计与实现》并非侧重于编译器理论或特定编程语言的构建,而是将读者的注意力聚焦于操作系统(OS)内核的深层结构、核心机制以及高效能的实现策略。它提供了一条从基础概念到尖端技术实现的清晰路径,旨在培养读者构建和维护下一代高性能、高可靠性系统的能力。 本书的核心在于“如何实现”,而非“如何编译”。我们将彻底剖析现代操作系统赖以生存的关键抽象层和物理资源管理范式。全书内容围绕以下几个核心支柱展开:进程与线程管理、内存虚拟化、I/O 子系统、文件系统架构以及并发控制的复杂性。 第一部分:基础架构与启动序列 本部分奠定操作系统的理论基础,并深入探讨系统启动的魔力时刻。 第 1 章:从裸机到内核:引导过程的解析 本章摒弃对高级语言编译的讨论,转而关注系统启动的底层细节。我们将详细分析自举过程(Bootstrapping),从固件(如 UEFI/BIOS)的初始化,到引导加载程序(Bootloader)的职责,以及最终如何将控制权安全、有序地移交给内核的第一行代码。重点探讨了内存布局的初始化和中断描述符表(IDT)的建立,这是系统响应硬件事件的基石。 第 2 章:抽象的艺术:进程与上下文切换 我们将深入研究进程这一核心抽象。内容涵盖进程控制块(PCB)的内部结构、上下文切换的原子性保证,以及如何高效地在多个执行流之间切换。不同于关注代码如何被转换,本章关注的是时间片和调度策略的工程权衡,包括分时(Time-Sharing)、实时(Real-Time)调度算法(如 EDF 和 RMS)的性能评估与实现细节。 第 3 章:线程与并发模型:用户态与内核态的交汇 本章剖析线程模型——包括内核级线程(KLT)和用户级线程(ULT)的优劣。重点在于用户/内核模式切换的开销分析,以及如何设计高效的同步原语(如自旋锁、互斥量和信号量)来最小化内核态下的争用。我们还会探讨无锁编程(Lock-Free Programming)的基础概念,以及在多核处理器上实现正确性的复杂性。 第二部分:资源管理的精细控制 操作系统的心脏在于其对有限资源的精妙管理。本部分聚焦于内存与 I/O 的高效率分配与回收。 第 4 章:内存虚拟化的基石:分页与地址翻译 本章完全避开编译器的词法分析和语法分析,转而深入虚拟内存管理单元(MMU)的工作原理。我们将详细解析页表结构的层级设计(如两级、三级页表),TLB(Translation Lookaside Buffer)的缓存效应分析,以及操作系统如何维护地址空间隔离。内容包括按需调页(Demand Paging)的触发机制和缺页异常处理的完整流程。 第 5 章:内存分配策略的博弈 本章比较和实现不同的内存分配算法。我们不仅讨论传统的伙伴系统(Buddy System),还将分析 slab/slub 分配器如何针对内核对象的高效缓存需求进行优化。重点在于内存碎片化的度量、预防和缓解技术,并对内核堆(Kernel Heap)的设计进行深入剖析,以确保分配与释放操作的低延迟和高吞吐量。 第 6 章:中断与异常处理:硬件的低语 本章是系统对外部事件响应能力的体现。内容聚焦于中断向量的映射、中断控制器(如 APIC)的编程模型,以及如何设计中断服务例程(ISR)以最小化延迟。我们将探讨软中断和延迟过程调用(DPC)的设计,用以将耗时的处理工作从高优先级的硬件中断上下文中解耦。 第三部分:存储与持久化 本部分探讨数据如何在易失性内存和非易失性存储之间高效流动。 第 7 章:I/O 子系统的架构:从请求到设备 本章侧重于I/O 栈的设计。我们将剖析块设备驱动模型,包括如何管理 I/O 请求队列。重点分析I/O 调度算法(如 CFQ, Deadline, NOOP, BFQ)的选择对系统整体延迟和吞吐量的影响,并探讨中断驱动 I/O 与轮询(Polling)模式的适用场景。 第 8 章:文件系统的分层设计与日志机制 本章深入现代日志式文件系统(Journaling File Systems)的内部构造。内容包括元数据管理(如 inode 结构、目录项缓存)、数据块的分配策略,以及写屏障(Write Barriers)在保证事务一致性中的关键作用。我们将对比不同文件系统(如 ext4, XFS)在数据持久化保证上的工程差异。 第 9 章:虚拟文件系统(VFS)的统一接口 本章解释操作系统如何提供一个统一的视图来操作不同类型的存储。重点在于VFS 层的结构,包括超级块、索引节点和目录项的缓存管理,以及系统调用(如 `open()`, `read()`, `write()`)如何穿透这些抽象层,最终到达特定文件系统或设备驱动。 第四部分:高级主题与未来方向 本部分探讨多核环境下的性能调优和下一代内核设计趋势。 第 10 章:多处理器同步与缓存一致性 在多核时代,内存模型和缓存一致性成为性能瓶颈。本章深入缓存一致性协议(如 MESI)对内核同步原语的影响。我们将分析内存屏障(Memory Barriers)的必要性,以及如何编写代码来避免因编译器优化或硬件重排序导致的不可预测行为。 第 11 章:系统调用接口的工程挑战 系统调用是用户空间与内核空间交互的唯一桥梁。本章侧重于系统调用实现的开销分析,包括参数传递、上下文切换的优化路径(如 VDSO),以及如何设计既安全又高效的系统调用接口,以应对日益增长的应用需求。 第 12 章:微内核与混合内核的范式对比 最后,本章从架构哲学层面进行对比,分析单体内核(Monolithic Kernel)的优势与扩展瓶颈,以及微内核(Microkernel)在服务隔离和健壮性方面的设计思路。讨论如何通过混合架构(Hybrid Kernels)来折中性能与模块化需求。 --- 目标读者: 软件工程师、系统架构师、对操作系统底层机制有深入求知欲的研究人员。 先决条件: 扎实的 C 语言基础,对汇编语言有基本理解,熟悉数据结构和算法。 本书旨在提供一个全面、深入且高度侧重工程实现的操作系统内核蓝图,帮助读者理解现代计算平台的真正运行方式。

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读后感

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用户评价

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《Crafting a Compiler with C》这本书,以其卓越的组织结构和清晰的阐释,为我开启了一段深入探索编译器内部运作的精彩旅程。作者在本书中对程序语言的抽象语法树(AST)的构建和操作的讲解,简直是艺术级别的。他并没有仅仅停留在 AST 的概念介绍,而是细致入微地展示了如何使用 C 语言的强大数据结构来精确地表示程序的语法结构,并如何通过遍历和转换 AST 来实现语义分析和代码生成。我特别欣赏书中关于 AST 节点的定义,以及如何利用指针和递归来高效地处理树状结构,这让我对于如何将人类可读的代码转化为机器可理解的中间表示有了非常清晰的认识。这本书的价值不仅仅在于它解释了“是什么”,更在于它深入探讨了“为什么”和“如何做”。例如,在讲解语义分析时,作者不仅仅给出了代码,还详细解释了为什么需要进行特定的类型检查,以及这些检查如何影响最终生成的目标代码。这一点对于我这样希望深入理解编程语言设计和编译器实现原理的学习者来说,简直是无价之宝。总而言之,这本书为我提供了一个坚实的知识框架,让我能够自信地着手构建自己的编译器,并在实践中不断学习和成长。

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这本书《Crafting a Compiler with C》在我心中留下了不可磨灭的印象,其对编译原理的讲解,尤其是关于词法分析(lexical analysis)和语法分析(syntax analysis)的深入剖析,堪称典范。作者以一种极具条理性的方式,从最基础的字符流处理开始,逐步引入正则表达式和有限自动机(FSM)的概念,并用清晰、简洁的 C 语言代码示例,演示了如何构建一个能够精确识别程序中各种词汇单元的词法分析器。我尤其欣赏书中对于“token”的定义和处理方式,以及如何通过状态转移来高效地识别不同的 token 类型,这让我对语言的“词语”层面有了更深刻的理解。紧接着,关于语法分析的部分,作者对 LL(1) 和 LR(1) 解析器构建的讲解,更是让我为之折服。他通过详细的推导过程和直观的表格,将原本抽象的解析算法变得触手可及。我之前认为语法分析是非常高深的领域,但通过本书,我能够理解如何利用 C 语言的递归特性来优雅地实现递归下降解析器,以及如何使用栈来管理解析过程,这让我对构建语言解析器充满了信心。这本书不仅仅是理论的堆砌,更是一次关于如何将复杂技术转化为实际可执行代码的实践指导,它为我打开了通往编译器世界的大门。

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作为一名多年从事软件开发的工程师,我一直对编译器这个“幕后英雄”充满敬意,却又觉得其背后的原理高深莫测。《Crafting a Compiler with C》这本书,以一种极其平易近人的方式,带领我一步步揭开了编译器的神秘面纱。作者在书中对词法分析(lexical analysis)的讲解,简直是艺术品。他从最基础的字符流处理开始,逐步引入正则表达式和有限自动机(finite automaton)的概念,并用简洁的 C 语言代码清晰地演示了如何构建一个能够识别程序中基本词汇单元的词法分析器。我特别喜欢他对于“token”概念的引入和解释,以及如何通过状态机来高效地识别不同的 token 类型。这种从具体到抽象,再从抽象回归具体的方法,让我对词法分析的过程有了全新的认识。紧接着,关于语法分析(syntax analysis)的部分,作者更是将 LL(1) 和 LR(1) 解析器的构建过程,通过详尽的步骤和直观的示例代码,变得触手可及。我之前一直觉得这些解析技术非常理论化,难以在实践中应用,但这本书彻底改变了我的看法。他展示了如何利用 C 语言的递归特性来优雅地实现递归下降解析器,以及如何使用栈来管理解析过程,这让我茅塞顿开。我甚至可以想象,根据书中提供的思路,为我自己的小项目设计一个简单的语法解析器。这本书不仅仅是理论的罗列,更是实践的指南,它让我看到了将复杂的编译器技术转化为可执行代码的无限可能。

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从我翻开《Crafting a Compiler with C》的第一页开始,我就知道我找到了一本能够真正改变我编程视野的书。作者在书中对程序语言的语义分析(semantic analysis)的讲解,让我印象尤为深刻。他并没有将语义分析仅仅看作是语法分析的后续,而是将其视为一个独立且至关重要的环节。我特别欣赏书中关于类型检查(type checking)和作用域分析(scope analysis)的详细阐述。作者通过引入符号表(symbol table)这一核心数据结构,以及详细讲解如何利用它来跟踪变量的声明、作用域和类型信息,让我能够清晰地理解编译器是如何确保程序的类型安全和逻辑一致性的。他对于如何处理函数调用、变量赋值等常见操作的类型兼容性检查,也提供了非常实用的 C 语言代码示例。这一点对于我这样希望深入理解语言特性和编译器内部机制的读者来说,简直是无价之宝。此外,书中对于错误处理(error handling)的强调,也让我看到了一个成熟编译器开发者的严谨。作者不仅展示了如何捕获和报告编译错误,还提供了如何给出有用的错误提示,以帮助开发者快速定位和修复问题。这使得这本书不仅仅是理论知识的传授,更是一种高质量软件工程实践的示范。

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这本书,我必须说,它在我心中树立了一个关于“如何教导复杂技术”的全新标杆。《Crafting a Compiler with C》并非一本泛泛而谈的理论书籍,而是以一种极其踏实、循序渐进的方式,带领读者深入理解编译器这一复杂系统的内部运作。作者在本书中对于抽象语法树(AST)的构建和操作的讲解,尤其让我印象深刻。他并没有止步于讲解 AST 的概念,而是详细展示了如何使用 C 语言的数据结构来精确地表示程序的语法结构,并如何通过遍历和转换 AST 来实现语义分析和代码生成。我尤其欣赏书中关于 AST 节点的定义,以及如何利用指针和递归来高效地处理树状结构,这让我对于如何将人类可读的代码转化为机器可理解的中间表示有了清晰的认识。此外,书中对于代码生成(code generation)部分的阐述,更是让我惊叹不已。作者详细介绍了如何将 AST 映射到目标机器的指令集,并展示了如何进行寄存器分配和指令调度等优化。这些原本在我看来是极其高深的编译技术,在作者的笔下变得生动形象,可理解性大大增强。我对书中提供的 C 语言实现代码给予了高度评价,它不仅仅是功能的展示,更是高质量软件工程的典范,代码清晰、注释详尽,极大地降低了读者的学习门槛。这本书不仅仅是关于编译器,它更是一次关于如何将复杂问题分解、如何通过抽象来简化问题,以及如何用工程化的思维来解决问题的学习过程。

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这本书《Crafting a Compiler with C》为我提供了一个无与伦比的学习平台,让我能够深入理解编译器这一复杂软件的构建过程。作者在书中对代码生成(code generation)阶段的讲解,更是让我大开眼界。他并没有止步于生成简单的机器码,而是深入探讨了各种代码优化技术,例如常量折叠、死代码消除以及简单的循环优化等。我特别欣赏作者如何将这些优化技术与抽象语法树(AST)和中间代码(intermediate representation)相结合,以生成更高效的目标代码。他通过详细的 C 语言代码示例,清晰地展示了如何将 AST 转换为易于处理的三地址码,以及如何在这个中间表示上进行各种优化。这一点让我理解了编译器是如何在生成最终机器码之前,对程序进行一系列的“智能”改进。此外,书中关于寄存器分配(register allocation)和指令选择(instruction selection)的讲解,也让我对目标代码生成的具体细节有了更深的认识。作者对于如何有效地利用有限的寄存器资源,以及如何将高级语言的抽象操作映射到具体的机器指令,提供了非常有价值的见解。总而言之,这本书不仅仅是关于如何构建一个编译器,它更是一次关于如何将抽象概念转化为高效可执行代码的深度学习之旅。

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我一直对计算机科学的底层原理着迷,尤其是编译器是如何将我们人类可读的代码转化为机器可执行指令的。这本书《Crafting a Compiler with C》以一种令人惊叹的清晰度和严谨性,满足了我对这一领域的求知欲。作者巧妙地将一个相对庞大且复杂的项目,分解成一系列逻辑清晰、易于管理的部分。我最欣赏的是作者在处理语言的抽象语法树(AST)构建和操作时的细致入微。他不仅展示了如何构建 AST,还深入讲解了如何遍历、修改和利用 AST 来实现编译器的各个阶段,例如语义分析和代码生成。书中对 AST 节点的设计,以及如何通过指针和结构体来有效地表示程序结构,给我留下了深刻的印象。此外,作者在讲解语法分析器(parser)时,对于不同解析策略的权衡和选择,以及如何利用 C 语言的特性来实现高效的解析,也让我学到了很多。尤其是当涉及到回溯解析(backtracking parsing)和预测解析(predictive parsing)时,作者通过生动的例子和清晰的图示,帮助我理解了这些概念的细微差别和适用场景。我对书中关于中间代码生成(intermediate code generation)的章节尤为推崇,它详细介绍了各种中间代码表示形式,如三地址码(three-address code),以及如何从 AST 生成这些中间代码。这一点对于理解编译器如何逐步抽象和转换源代码至关重要。这本书不仅仅是关于如何写一个编译器,更是一种关于如何系统地解决复杂软件工程问题的思维方式。作者在 C 语言代码的组织、模块化设计以及错误处理方面,也提供了宝贵的实践经验,让我受益匪浅。

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作为一名沉迷于编程语言设计和实现的学生,我一直在寻找一本能够真正带领我深入理解编译器内部运作的书籍。《Crafting a Compiler with C》恰好满足了我的需求,并且超出了我的想象。这本书最让我印象深刻的一点是其对编译流程各个阶段的精妙组织。从词法分析器的构建,到抽象语法树的生成,再到中间代码的产生,直至最终的目标代码优化和生成,每一个环节都被清晰地划分,并赋予了充分的篇幅。作者并没有止步于理论的阐述,而是通过提供一套完整的、可工作的 C 语言编译器示例,让读者能够亲手实践。我特别喜欢书中在讲解词法分析器时,如何通过正则表达式和有限状态机来识别程序中的标识符、关键字、运算符等基本单元,这种理论与实践相结合的方式,让我能够快速掌握这一核心概念。而关于语法分析部分,作者对 LL(1) 和 LR(1) 等解析技术的讲解,虽然初看有些挑战,但通过书中提供的清晰表格和规则推导,我逐渐能够理解其背后的逻辑,并且能够将这些理论应用到实际的语法解析器构建中。让我受益匪浅的是,书中对 AST 的使用和操作的详细说明,如何有效地表示程序的结构,以及如何对其进行遍历和转换,这对于后续的语义分析和代码生成至关重要。作者在处理递归下降解析时,更是将复杂的递归调用逻辑梳理得井井有条,让我不再感到迷茫。此外,书中对上下文无关文法(CFG)的讲解也足够深入,让我理解了如何用一种形式化的方式来描述编程语言的语法结构。对于像我这样希望将理论知识转化为实际技能的学习者来说,这本书的价值不言而喻。它提供了一个坚实的框架,让我能够构建自己的编译器,并在这个过程中不断学习和成长。

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这本《Crafting a Compiler with C》着实让我大开眼界,其深度和广度都远远超出了我最初的预期。我是一名有着几年编程经验的开发者,一直对编译器背后的魔力充满好奇,但总觉得那是属于计算机科学高手的领域,自己望尘莫及。然而,这本书以一种出人意料的循序渐进的方式,将原本晦涩难懂的概念一一拆解,并用清晰、直观的 C 语言代码示例来加以阐释。我特别欣赏作者在处理抽象语法树(AST)构建和遍历时所采用的方法,那种将复杂的解析逻辑分解成一系列可管理的小函数,并配合详细的图示,让我能够清晰地理解程序的执行流程。即使是像语义分析和代码生成这样看似复杂的部分,作者也通过将它们分解成独立的、易于理解的步骤,并辅以丰富的注释和解释,让我能够一步步地跟上思路。例如,在讲解类型检查时,作者不仅仅给出了代码,还详细解释了为什么需要进行特定的检查,以及这些检查如何影响最终生成的目标代码。这一点对于我这样希望深入理解“为什么”的读者来说,简直是福音。我之前尝试过阅读其他关于编译器编写的书籍,但往往因为概念过于抽象或者代码示例晦涩难懂而半途而废。而《Crafting a Compiler with C》在这方面做得尤为出色,它让我切实感受到,即便是构建一个完整的编译器,也不是一项遥不可及的任务。书中的 C 语言实现也相当巧妙,它充分利用了 C 语言的灵活性和底层控制能力,同时又避免了过于晦涩的技巧,使得代码既高效又易于理解。我尤其喜欢作者在书中讨论的错误处理机制,如何优雅地向用户报告编译错误,并提供有用的提示,这在实际编译器开发中是至关重要的。总而言之,这本书为我打开了一扇通往编译器世界的大门,让我对软件是如何被“翻译”成机器能够理解的语言有了更深刻的认识,也激发了我进一步探索编译原理的浓厚兴趣。

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在我探索软件开发领域的漫长旅途中,鲜少有一本书能够如此深刻地触动我的好奇心,并提供如此扎实的实践指导。《Crafting a Compiler with C》绝对是其中一本。作者在书中对程序语言的词法分析(lexical analysis)和语法分析(syntax analysis)的讲解,堪称教科书级别的典范。他从最基本的字符流处理开始,逐步引入正则表达式和有限状态机(FSM)的概念,并用清晰的 C 语言代码示例,一步步构建了一个功能强大的词法分析器。我之前一直认为正则表达式的原理复杂难懂,但在作者的引导下,我能够清晰地理解其背后的状态转换逻辑,以及如何用代码来实现。而对于语法分析,作者对 LL(1) 和 LR(1) 解析器构建的阐述,更是让我眼前一亮。他通过详细的推导过程和直观的表格,将原本抽象的解析算法变得易于理解。我尤其喜欢他讲解递归下降解析(recursive descent parsing)时,如何利用 C 语言的函数调用机制来模拟语法规则的匹配,这种方法简洁而高效,让我对如何编写自己的解析器充满了信心。书中对于抽象语法树(AST)的详细介绍,也是让我受益匪浅的部分。作者清晰地阐述了 AST 如何表示程序的结构,以及如何利用 AST 来实现后续的语义分析和代码生成。总而言之,这本书不仅仅是关于如何编写一个编译器,它更是一次关于如何系统地理解和构建复杂软件系统的学习过程。

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