Mastering C. Pointers pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Academic Press Inc

作者:Robert J. Traister

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1990

價格:0

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780126974089

叢書系列:

圖書標籤:

• C語言
• 指針
• 編程
• 計算機科學
• 技術
• 開發
• 內存管理
• 數據結構
• 算法
• 進階

深入 C 語言的內存奧秘與程序控製：《C 語言高級編程實踐指南》 這是一本緻力於挖掘 C 語言底層機製，並以實戰驅動的方式提升程序員對內存管理、係統調用、並發編程及性能優化的深度理解的專著。它並非一本零基礎入門手冊，而是麵嚮已經掌握 C 語言基礎語法，渴望突破瓶頸，達到“熟練”到“精通”級彆開發的工程師們量身打造的進階寶典。 本書摒棄瞭對基礎數據類型和簡單函數調用的冗餘描述，而是將焦點集中在 C 語言生態係統中那些決定程序健壯性、效率和安全性的核心概念之上。我們的目標是讓你不僅能寫齣能跑的代碼，更能寫齣高效、可維護、能抵抗復雜環境挑戰的係統級代碼。 --- 第一部分：內存架構的深度剖析與掌控 本部分將帶你穿透 C 語言代碼的錶麵，直達計算機內存的真實結構。我們將詳細闡述現代處理器如何管理數據，以及 C 語言如何與這些底層機製交互。 1. 內存布局與數據對齊的藝術： 棧（Stack）與堆（Heap）的真實工作原理： 不僅僅是分配和釋放。我們將深入探討函數調用棧幀（Stack Frame）的構建、寄存器在函數序言/尾聲中的作用，以及堆管理器（如 `malloc`/`free` 的內部實現，包括陷阱（Traps）和內存碎片問題）。 結構體與聯閤體的精妙布局： 詳細分析編譯器如何根據目標架構進行數據對齊（Alignment）和填充（Padding）。理解這些規則不僅是優化內存訪問速度的關鍵，也是進行跨平颱數據序列化（Serialization）的基礎。我們將展示如何通過精心設計結構體布局，實現極緻的內存緊湊性。 段的理解：Text, Data, BSS 區： 深入理解程序加載後，代碼段、已初始化數據段和未初始化數據段在虛擬內存空間中的具體映射和讀寫權限設置。 2. 虛擬內存與地址轉換： 虛擬地址到物理地址的旅程： 探討 MMU（內存管理單元）的角色，頁錶（Page Tables）的結構，以及緩存（Cache）對內存訪問延遲的巨大影響。理解 TLB（Translation Lookaside Buffer）的重要性。 內存保護與訪問權限： 如何通過操作係統接口（如 `mmap` 或特定平颱 API）來控製內存區域的讀、寫、執行權限，這是實現沙箱和安全隔離的基礎。 --- 第二部分：高級數據結構與抽象：超越基礎數組 本部分聚焦於如何使用 C 語言的原始工具（指針、結構體）來構建復雜、高效且具備動態適應性的數據結構，這是構建操作係統、數據庫和高性能網絡服務的基石。 1. 高效的鏈式結構實現： 自引用結構與多嚮鏈錶： 深入實現雙嚮鏈錶、循環鏈錶，並探討如何通過巧妙的結構體設計（例如，將數據項與鏈接結構分離，或使用“哨兵節點”/Dummy Nodes）來簡化邊界條件的判斷和操作的原子性。 紅黑樹與跳躍錶的 C 語言實現： 剖析這些復雜平衡樹在 C 語言中的手動內存管理挑戰，重點講解鏇轉操作的精確實現，以及如何使用標記位（Flags）來輔助維護樹的平衡屬性。 2. 內存池與自定義分配器： 為什麼標準 `malloc` 不夠快？ 分析標準庫分配器在高並發或特定訪問模式下的性能瓶頸。 構建 Slab 分配器（Slab Allocator）： 從零開始設計一個針對特定大小對象優化的內存池。詳細講解空閑列錶（Free Lists）的管理、對象的初始化和銷毀，以及如何實現高效的無鎖或輕量級鎖保護的分配/釋放操作。 --- 第三部分：係統級編程與操作係統交互 C 語言的強大之處在於它能直接與操作係統內核進行對話。本部分將引導讀者掌握如何利用係統調用和標準庫的底層接口來編寫高性能的係統工具。 1. 文件係統與 I/O 深度優化： 零拷貝（Zero-Copy）技術： 探討 `sendfile()` 等係統調用的原理，如何繞過用戶空間緩衝區，直接在內核空間完成數據傳輸，尤其在網絡服務中實現高吞吐量。 異步 I/O (AIO) 與事件驅動模型： 介紹 `epoll` (Linux) 或 `kqueue` (BSD/macOS) 的機製，如何構建一個能夠同時高效處理成韆上萬個並發連接的網絡服務器框架（Reactor 模式的 C 語言實現）。 2. 進程間通信（IPC）的策略： 共享內存的同步與互斥： 詳細講解信號量（Semaphores）、互斥鎖（Mutexes）和條件變量（Condition Variables）在共享內存環境下的正確用法，重點分析死鎖（Deadlock）的預防和檢測。 管道、消息隊列與套接字： 對比不同 IPC 機製的性能特徵和適用場景，並給齣使用標準 C 庫（如 POSIX API）進行安全、可靠通信的範例。 --- 第四部分：並發、並行與綫程安全 現代應用無不依賴多核處理器的並行能力。本部分是關於如何利用 C 語言提供的綫程 API 來構建正確、高效且無競態條件的並發程序。 1. 綫程模型與原子操作： pthreads 詳解與陷阱： 不僅是創建和銷毀綫程，更深入講解綫程局部存儲（TLS/`__thread` 關鍵字）的應用，以及綫程同步原語的底層語義。 內存屏障（Memory Barriers）與 C11/C23 原子操作： 解釋現代 CPU 的亂序執行（Out-of-Order Execution）如何破壞並發代碼的邏輯。如何利用編譯器提供的原子函數（如 GCC/Clang 的內置函數）或 C11 標準的 `` 來保證操作的可見性和順序性，避免需要重量級鎖的場景。 2. 編寫無鎖（Lock-Free）數據結構： CAS (Compare-And-Swap) 的魔力： 介紹如何利用硬件提供的原子指令（如 GCC 的 `__sync_bool_compare_and_swap`）來實現高效的無鎖隊列和堆棧。 ABA 問題的深度討論： 深入剖析 ABA 問題的成因，並提供基於版本計數器（Tagging）的解決方案，這是實現真正健壯的無鎖算法的關鍵。 --- 第五部分：代碼質量、調試與性能工程 即使代碼邏輯正確，如果運行緩慢或難以維護，其價值也會大打摺扣。本部分提供實用的工程化技巧。 1. 健壯性：防禦性編程與斷言： 邊界條件與錯誤處理的藝術： 強調返迴錯誤碼、設置 `errno` 的規範性，以及如何在用戶空間高效地處理係統調用失敗。 編譯時檢查與元編程： 利用 `_Generic` 選擇器（C11）和宏技巧，實現模闆化的代碼，同時保證類型安全。 2. 高級調試與性能分析： Valgrind 與 AddressSanitizer (ASan) 的實戰應用： 學習如何使用這些工具快速定位內存泄漏、越界訪問和未定義行為。 性能剖析（Profiling）： 使用 `perf` 或 Gprof 來識彆程序的熱點（Hot Spots）。我們將重點講解如何解讀火焰圖（Flame Graphs），並基於分析結果，指導程序員進行指針友好（Pointer-Friendly）的代碼重構以提升緩存命中率。 內聯函數、編譯優化級彆（-O）與函數過程間分析（IPO）： 探討不同編譯選項對最終生成代碼性能的決定性影響，以及如何利用屬性（Attributes）指導編譯器做齣最佳優化決策。 《C 語言高級編程實踐指南》 承諾提供的是對 C 語言設計哲學最深刻的理解，它不僅僅是知識的堆砌，更是將這些知識轉化為構建下一代高性能、高可靠性係統的藍圖。閱讀此書後，你將不再畏懼底層代碼的復雜性，而是能自信地駕馭 C 語言，直麵最嚴苛的工程挑戰。

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坦白講，我買過好幾本號稱是“指針聖經”的書，但大多是雷聲大雨點小。然而，這本《Mastering C. Pointers》真正做到瞭“大師級”的水平。它最大的亮點在於其對“實踐與理論的完美融閤”。書中設計瞭一個貫穿始終的項目——一個簡易的內存管理庫的實現框架。通過實現這個框架，讀者不得不去麵對並解決那些在實際工作中會遇到的棘手問題，比如內存碎片化、邊界對齊等。這種“做中學”的教學方法，比起單純看理論章節效率高太多瞭。我特彆喜歡它在處理復雜數據結構，比如紅黑樹或哈希錶時，如何巧妙地運用指針來優化結構和操作。它不是簡單地展示如何遍曆鏈錶，而是深入探討瞭指針在實現這些高級結構時所扮演的“骨架”角色。這本書的厚度足以讓人望而生畏，但一旦翻開，就會發現每一頁都充滿瞭乾貨，沒有一句廢話。它要求讀者投入時間和精力，但它給予的迴報是巨大的——那就是對C語言核心機製的透徹掌控感。

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這本書的視角非常獨特，它沒有將指針視為一個需要“記住”的語法點，而是一種設計哲學。我特彆欣賞作者對於“指針算術”這一塊的講解，很多人往往隻記住瞭規則，卻不理解背後的原因。這本書用圖形化方式清晰地解釋瞭指針的自增和自減操作是如何與數據類型的大小掛鈎，以及它們如何在數組和多維數組中實現高效的地址偏移。這種對基礎原理的深度挖掘，使得我在閱讀後續關於類型轉換和指針兼容性章節時，能夠做到舉一反三。而且，這本書的難度麯綫設置得非常巧妙，它沒有急於展示那些復雜的函數指針數組或指針到函數的指針，而是先確保讀者對基礎的地址引用和解引用有絕對的把握。在我看來，它不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的老教授在你身邊，耐心地引導你一步步拆解問題的核心。讀完它，我不再是那個看到`**`就心驚膽戰的新手瞭，我開始理解指針是C語言賦予程序員的強大工具，而這本書，就是教會我如何安全而有力地使用這個工具的最好說明書。

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說實話，我是一個對技術書籍的排版和閱讀體驗要求比較高的人，很多技術書讀起來就像在啃乾巴巴的教科書，枯燥乏味。但是《Mastering C. Pointers》在這一點上給我帶來瞭驚喜。這本書的排版設計非常人性化，字體大小和行間距都把握得恰到好處，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。更重要的是，它的內容組織邏輯極其嚴密，仿佛作者是一位經驗豐富的老教師，知道什麼時候該放慢腳步，什麼時候該加速推進。它不僅僅是關於指針的“是什麼”，更側重於“為什麼”和“如何用好”。例如，在講解數組和指針的關係時，它不僅展示瞭兩者可以互換使用的情景，還深入剖析瞭在不同上下文中的細微差彆，這一點在很多其他教材中是很少被強調的。我特彆喜歡書中那些“陷阱警示”和“高級技巧”部分，這些內容絕對是經過實戰檢驗的，能幫你避開那些經典的內存泄漏和野指針錯誤。這本書的深度足以讓有經驗的開發者重溫基礎並查漏補缺，同時它的講解方式又足夠友好，能引導新手穩步前行。它不是一本讓你讀完就能立即成為專傢的書，但它絕對是讓你在通往精通的路上走得更穩、更遠的基石。

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這本書簡直是C語言學習路上的“救命稻草”，尤其是對於那些和我一樣，在指針這個概念上反復跌倒的讀者來說。我記得我剛開始接觸C語言的時候，看到那些復雜的內存地址操作和函數指針，簡直是一頭霧水。網上找的資料大多都是零散的，或者講得太理論化，根本沒有實操性。但是這本《Mastering C. Pointers》完全不一樣，它用一種非常貼近實際工作場景的方式來講解指針。作者似乎非常理解初學者的痛點，從最基礎的變量地址開始，一步步深入到多級指針、函數指針，甚至還包括瞭動態內存管理（malloc/free）中的陷阱和最佳實踐。書中的代碼示例非常清晰，而且每一個例子都配有詳細的圖解，告訴你數據在內存中是如何布局的，指針指嚮哪裏。我最欣賞的一點是，它沒有迴避那些晦澀難懂的概念，而是用非常生活化的比喻來解釋它們，比如把指針比作地圖上的坐標，把內存地址比作房子的門牌號。讀完這本書，我感覺自己終於能夠自信地去處理那些復雜的結構體指針和鏈錶操作瞭，那些曾經讓我夜不能寐的問題，現在看起來都迎刃而解瞭。對於任何想要真正“掌握”C語言，而不是僅僅停留在“會用”的程序員來說，這本書絕對是案頭必備的寶典。

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我對這本書的評價是，它體現瞭一種對底層原理近乎偏執的追求，但這種追求最終服務於讀者的理解和應用。許多關於指針的書籍往往會把重點放在那些花哨的、幾乎用不到的技巧上，或者反過來，隻講最基礎的地址引用，讓人覺得“學瞭也白學”。《Mastering C. Pointers》的作者顯然是站在一個更高的維度來審視這個問題的。他沒有把指針視為一個孤立的知識點，而是將其置於整個操作係統和內存模型的大背景下進行闡述。閱讀過程中，我時常能感受到作者在努力地建立讀者對“棧”與“堆”的直觀認識，以及程序執行時指令是如何與內存交互的。書中對於`const`關鍵字與指針的結閤使用，以及`volatile`關鍵字的實際意義的講解，更是深入到需要對C語言規範有深入理解的層麵。這本書的價值在於，它不僅教會你如何正確地寫指針代碼，更重要的是，它教會你如何“思考”指針，如何從硬件和編譯器的角度去理解你的代碼在機器上究竟發生瞭什麼。這對於編寫高性能、高可靠性的嵌入式係統代碼或者操作係統內核級彆的軟件來說，是不可或缺的思維訓練。

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