C语言编程基础

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页数:129
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出版时间:2009-5
价格:14.50元
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isbn号码:9787121071614
丛书系列:
图书标签:
  • C语言
  • 编程入门
  • 基础语法
  • 程序设计
  • 算法
  • 数据类型
  • 控制结构
  • 函数
  • 指针
  • 编译原理
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具体描述

《C语言编程基础(第2版)上机指导与练习》是中等职业教育国家规划教材《C语言编程基础(第2版)》的配套教材,本版仍保留了第一版教材的基本结构和风格,更加适合中等职业学校计算机及应用专业的学生使用。《C语言编程基础(第2版)上机指导与练习》的主要内容有绪论、基本数据类型和简单程序设计、表达式和运算符、数据的输入输出、控制语句、数组、函数、文件、编译预处理和指针,每部分内容分上机指导和习题两个模块。《C语言编程基础(第2版)上机指导与练习》的练习题和模拟试题的参考答案放于电子参考资料包中,详见前言。

书中针对目前职业学校特点,习题难易适中,实用性强,便于教师和学生使用。除可作为计算机专业的辅导教材外,还可作为一般计算机爱好者的自学参考书。

编程语言的广阔天地:探索 C 语言编程基础之外的精彩世界 本书旨在带领读者进入一个超越 C 语言基础范畴的广阔编程领域,专注于那些在现代软件开发中同样至关重要的、但通常不在标准“C 语言基础”教材中深入探讨的主题和技术栈。我们着重于应用层面的深入理解、系统级交互的优化、以及面向更高级抽象层次的编程范式。 本书并非对 C 语言本身进行基础语法或数据结构的回顾,而是假设读者已经掌握了 C 语言的指针、内存管理以及基本的控制结构。我们的目标是构建一座桥梁,将初学者的知识体系延伸到实际工程项目所需的高级技能树上。 第一部分:系统级编程与底层优化(Beyond Bare Metal) 本部分深入探讨 C 语言程序如何在操作系统环境中高效运行,以及如何利用硬件特性来提升性能。 1. 现代操作系统接口与进程间通信(IPC) 我们不再停留于单个程序的运行,而是关注程序如何协同工作。 系统调用与内核交互模型: 详细解析 Linux/Unix 系统调用(如 `fork`, `execve`, `mmap`)的内部机制,对比用户态与内核态的切换成本。重点讲解如何使用系统调用而非标准库函数来实现更底层、更精细的控制。 高级 IPC 机制: 深入探讨除了管道和信号之外的复杂通信方式。包括 System V IPC(共享内存、消息队列、信号量)的实战应用,以及 POSIX 消息队列和基于套接字的(Socket-based)共享内存映射。分析不同 IPC 机制的性能特点和适用场景,尤其是在高并发数据交换中的权衡。 文件系统元数据操作: 超越简单的 `fopen/fwrite`,讲解 `open`, `stat`, `ioctl` 等系统调用,如何直接操作文件描述符和文件系统属性。探讨 O_DIRECT 模式在高性能 I/O 中的应用与陷阱。 2. 内存管理的高级策略与性能调优 C 语言的内存管理是其核心,但基础教程往往只覆盖 `malloc/free` 的接口。本部分聚焦于定制化内存分配器和缓存层级优化。 自定义内存池与分配器设计: 学习如何针对特定数据结构(如小对象、固定大小块)设计高效的内存池(Pool Allocators),以避免标准库分配器(如 `dlmalloc` 或 ptmalloc)的内部开销。我们将实现一个简单的、无锁的内存分配器原型,并与系统默认分配器进行基准测试对比。 缓存友好性(Cache Locality): 深入探讨 L1/L2/L3 缓存的工作原理,以及如何通过数据结构布局优化(如结构体成员重排、数组的行主序遍历)来最大化缓存命中率。引入伪代码分析工具,演示如何识别和修复“缓存未命中”的瓶颈。 内存屏障与同步: 介绍在多核环境下,编译器优化和硬件乱序执行对内存操作的影响。详细解析内存屏障(Memory Barriers/Fences)在保证可见性方面的重要性,这是编写高效无锁并发代码的基石。 第二部分:网络编程与分布式基础(The Connected World) 本部分将 C 语言从本地执行扩展到网络环境,重点关注高性能网络服务的构建。 3. 高级套接字编程与协议实现 不再局限于基本的 TCP/UDP 客户端-服务器模型,本章专注于构建生产级别的网络基础设施。 I/O 复用模型深度解析: 对比 `select`, `poll`, `epoll` (Linux) 和 `kqueue` (BSD/macOS) 的内部机制和性能差异。重点在于理解 epoll 的边缘触发(Edge-Triggered)模式与水平触发(Level-Triggered)模式的编程陷阱与性能优势。我们将实现一个基于 epoll 的事件驱动核心框架。 零拷贝技术(Zero-Copy): 讲解如何使用 `sendfile`, `splice`, `vmsplice` 等系统调用,绕过用户空间数据拷贝,直接将数据从内核缓冲区传输到网络接口,是高性能文件服务器和代理服务的关键技术。 TCP 协议栈的调优: 探讨 Linux 内核中的 TCP 拥塞控制算法(如 Reno, Cubic),以及如何通过 `/proc/sys/net/ipv4/` 接口调整 TCP 缓冲区大小、快速重传等参数,以适应不同网络环境下的需求。 4. 异步 I/O 与协程(Coroutines)的引入 在网络高并发场景下,传统的多线程模型面临线程爆炸和上下文切换开销。本章引入更现代的并发模型。 Linux AIO 与 io_uring: 介绍 Linux 异步 I/O 的演进,重点讲解 io_uring 这一下一代异步 I/O 框架,它如何通过环形缓冲区极大地减少系统调用开销。 C 语言中的协程实现: 虽然 C 语言本身没有原生协程支持,但我们可以利用函数式技术(如 setjmp/longjmp 或上下文切换库)来模拟轻量级协程。我们将实现一个简单的协作式多任务调度器,以实现高并发、低开销的网络事件处理。 第三部分:工具链、可维护性与互操作性(Engineering Practices) 现代软件开发要求代码不仅要高效,还要易于维护、调试和与其他语言集成。 5. 现代构建系统与调试深入 CMake 的高级用法: 掌握 CMake 在管理大型跨平台项目中的关键技术,包括查找外部依赖(Find Packages)、模块编写、以及链接动态库和静态库的复杂配置。 性能分析与剖析: 深入使用 Valgrind (Memcheck, Callgrind) 和 perf 工具。重点学习如何解读 Callgrind 的调用图,识别热点函数,并利用 perf 采集硬件性能计数器(如分支预测失误率、缓存未命中次数)来指导代码优化。 GDB 高级调试技巧: 掌握条件断点、数据观察点(Watchpoints)、以及如何使用 GDB 检查内核态信息(如 ptrace 机制的原理)和多线程调试技巧。 6. C 语言与其他语言的接口(FFI) 在微服务和混合语言项目中,C 语言常作为“胶水层”或高性能核心。 与 Python 的集成(CPython API): 详细讲解如何编写 C 扩展模块,实现数据类型的双向转换(例如,将 C 结构体安全地暴露给 Python 对象),并管理引用计数。 与 Rust 的 FFI 互操作: 探讨如何使用 `extern "C"` 约定安全地调用 C 库,以及在现代 Rust 项目中嵌入 C 代码的最佳实践,确保 ABI 的稳定性和线程安全。 本书的结构设计旨在提供一个实战导向、注重底层原理的学习路径,确保读者在掌握 C 语言核心能力后,能够自信地构建高性能、高可靠性的系统级软件。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计非常朴实,带着一种老派的严谨感,让人一眼就能感受到它对技术内核的专注。我翻开目录,首先注意到的是对数据结构和算法的介绍,这部分内容的处理相当深入,不仅仅是停留在概念层面,而是结合了大量的图示和逐步推导,特别是对于指针和内存管理那一章,作者似乎用了极大的耐心去拆解复杂的概念,用一种近乎“手把手教学”的口吻来引导读者。我过去在其他教材上遇到指针时总是感到云里雾里,但这本书里的例子总是能精准地击中那个“啊哈!”的瞬间。比如,它对链表和树的遍历讲解,不仅展示了代码实现,还详细分析了时间复杂度和空间复杂度的权衡,对于初学者来说,这种深度是恰到好处的,既不会因为过于理论化而让人望而却步,又保证了知识的扎实性,为后续学习更高级的编程范式打下了坚实的基础。这种对基础的极致打磨,体现了作者深厚的教学功力,绝非那种走马观花介绍语法的快餐读物可比。

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从整体质量和深度来看,这本书的价值远超其定价。它更像是一本工具书和教材的完美结合体。我留意到书中对结构体(`struct`)和联合体(`union`)的对比讲解,非常到位地阐释了内存共享的机制和应用场景,这在编写内存高效的数据结构时至关重要。而且,作者在讨论复杂数据类型时,总是能自然而然地引向C语言的函数指针和动态内存分配(`malloc/free`)。特别是关于动态内存管理的部分,它不仅展示了如何分配和释放,更深入地讨论了内存泄漏的常见模式和调试技巧,这对于任何负责任的开发者来说都是必备技能。总而言之,这本书没有被现代编程语言的潮流所裹挟,而是沉下心来,将C语言这门“计算机科学的拉丁文”讲得清晰、准确而又富有启发性,值得所有想深入理解计算机工作原理的人拥有。

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这本书的结构安排,体现了一种循序渐进的智慧。它没有急于抛出复杂的主题,而是将C语言的基础语法点(如变量、运算符、控制流)划分得非常细致,确保读者能够稳扎稳打地走完每一步。我特别欣赏它处理字符串和数组关系的方式——这是C语言学习的经典难点。作者并没有使用过于花哨的例子,而是围绕着C风格字符串的本质(空终止符)展开,通过一系列递增难度的练习题,让读者在实操中体会数组名作为指针的含义,以及指针算术的威力。这些练习题的难度设置非常巧妙,既不会让新手感到挫败,也不会让有一定基础的人觉得乏味。它似乎一直在与读者进行一场耐心的对话,不断地询问“你确定你理解这里的内存布局了吗?”这种带着探究性的提问方式,极大地激发了我主动去调试和理解程序执行流程的兴趣。

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当我读到关于文件I/O的那一部分时,我几乎是抱着一种怀旧的心情在阅读。这本书对标准库函数的使用介绍得非常详尽,特别是对`fread`和`fwrite`这类二进制数据读写函数的讲解,配上了清晰的字节对齐和端序问题的初步探讨。这让我回想起在嵌入式系统或需要处理底层数据流时,这些知识是多么关键。很多现代语言封装了底层细节,使得我们失去了直接操作数据的能力,而这本书却像一位技艺精湛的工匠,教你如何拿起最基础的工具。更难得的是,作者在讲解文件操作错误处理时,引用了大量的`errno`和相关的系统调用返回码,强调了健壮性编程的重要性。这不仅仅是教你如何“做成事”,更是教你如何“正确地、安全地”做成事。对于希望未来从事系统编程或性能敏感型开发的读者来说,这部分内容简直是宝藏,它提供了一个坚实的、不依赖于高级抽象的底层视角。

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这本书的排版和语言风格,给我的感觉是充满了“工程师的浪漫”。它不像某些技术书籍那样,充斥着枯燥的术语堆砌,而是用一种非常清晰、有逻辑的叙述方式来组织材料。最让我印象深刻的是,它在介绍C语言的预处理指令时,并没有简单地罗列`#define`或`#include`的用法,而是花了专门的篇幅来讨论宏的潜在陷阱,以及如何编写健壮的头文件保护机制。这部分内容,往往是入门教材会略过或者一带而过的,但恰恰是这些细节决定了一个程序员的专业水准。作者显然非常清楚地知道,初学者最容易在哪里栽跟头,并提前设下了“路障提示牌”。此外,书中穿插的那些“小贴士”和“最佳实践”栏目,内容都非常精炼,比如如何利用`const`关键字来增强代码的可维护性,或者如何使用`static`关键字控制变量的生命周期。这些细节的积累,使得整本书的阅读体验非常顺畅,每翻过一页都能感觉到自己对C语言的理解又加深了一层。

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