Data Structures and Algorithms in C++ pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Wiley

作者:Michael T. Goodrich

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2003

價格:0

裝幀:Mass Market Paperback

isbn號碼:9789755092997

叢書系列:

圖書標籤:

• 數據結構
• 算法
• C++
• 編程
• 計算機科學
• 數據存儲
• 算法設計
• 代碼實現
• 學習
• 教程
• 經典

C++ 編程與軟件工程實踐：從基礎語法到高級設計模式 本書旨在為希望深入理解現代 C++ 編程範式、掌握軟件工程核心原則的開發者提供一本全麵、實用的指南。我們聚焦於 C++ 語言的現代特性（C++11/14/17/20）在實際項目開發中的應用，強調代碼的健壯性、性能優化以及可維護性。 --- 第一部分：現代 C++ 核心與內存管理精通 本部分將引導讀者超越 C++ 的基礎語法，深入理解其作為高性能係統級語言的精髓所在——內存管理和類型係統。 第一章：C++ 現代語法的快速進階 本章涵蓋瞭 C++11/14 引入的關鍵特性，這些特性極大地提升瞭代碼的錶達力和安全性。我們將詳細探討： 自動類型推導 (`auto`) 與模闆元編程基礎：如何利用 `auto` 提高代碼的簡潔性，同時理解其在復雜模闆結構中的作用。 Lambda 錶達式與函數對象：深入剖析匿名函數的捕獲機製（值捕獲 vs 引用捕獲），以及它們在標準庫算法（如 ``）中如何實現高效的、局部化的行為定製。 右值引用、移動語義與完美轉發：這是 C++ 性能優化的基石。我們將清晰解釋 Lvalues 與 Rvalues 的區彆，詳述移動構造函數和移動賦值運算符的工作原理，並展示如何通過 `std::forward` 編寫高效、無拷貝的通用函數。 並發編程的基石：介紹 C++11 引入的 `` 庫，包括 `std::thread`、互斥鎖 (`std::mutex`) 和條件變量 (`std::condition_variable`) 的基本用法，為後續的並發設計打下基礎。 第二章：資源獲取即初始化 (RAII) 與智能指針的深度應用 在 C 方麵，手動管理動態內存是引入 Bug 的主要源頭。本章將全麵推廣 RAII 原則，並重點介紹 C++ 標準庫提供的智能指針。 理解所有權模型：分析 `std::unique_ptr`（獨占所有權）和 `std::shared_ptr`（共享所有權）的使用場景、性能開銷及適用性。我們將探討何時應該使用引用計數，以及引用計數可能帶來的周期性引用陷阱。 弱指針 (`std::weak_ptr`) 的引入：學習如何使用 `std::weak_ptr` 來打破 `shared_ptr` 之間的循環引用，並安全地檢查對象是否仍然存活。 自定義資源管理：展示如何為非內存資源（如文件句柄、網絡連接、鎖）創建自定義的 RAII 封裝器，確保資源在任何情況下都能被正確釋放。 第三章：標準模闆庫 (STL) 容器與迭代器的精煉使用 本章側重於高效、正確地使用 STL 容器，避免常見的性能陷阱。 序列式容器的選擇與優化：對比 `std::vector`, `std::deque`, `std::list` 的底層實現、內存布局和性能特徵。重點討論 `std::vector` 的內存分配策略以及如何通過預留空間 (`reserve`) 來避免不必要的重新分配。 關聯式容器的哈希與平衡樹：深入探討 `std::map`, `std::set`, `std::unordered_map`, `std::unordered_set` 的時間復雜度保證。我們將比較基於紅黑樹的有序容器與基於哈希錶的無序容器的適用場景，並討論自定義哈希函數和比較函數的編寫。 迭代器失效的陷阱與防禦：分析在容器修改（插入、刪除）過程中迭代器可能失效的情況，並提供使用 STL 算法和現代 C++ 習慣避免此類錯誤的模式。 --- 第二部分：高性能編程與係統級優化 本部分聚焦於如何編寫齣不僅功能正確，而且運行快速、資源占用低的 C++ 代碼，這對於係統軟件和嵌入式開發至關重要。 第四章：函數式編程範式在 C++ 中的實踐 雖然 C++ 是麵嚮對象的，但藉鑒函數式編程的思想可以顯著提高代碼的純淨度和可測試性。 算法優先於循環：詳細介紹 `` 庫中如 `std::transform`, `std::accumulate`, `std::find_if` 等算法的使用，展示如何用更聲明式的方式替代傳統的 `for` 循環。 管道操作與組閤性：探討如何通過組閤多個算法和 Lambda 錶達式來構建復雜的數據處理流水綫。 純函數與副作用控製：討論在麵嚮對象的設計中，如何識彆和隔離具有副作用的操作，以增強代碼的可預測性。 第五章：編譯期元編程與類型係統的高級應用 本章探索 C++ 模闆係統的強大能力——在編譯期執行計算和類型檢查。 模闆特化與 SFINAE (替換失敗並非錯誤)：理解 SFINAE 如何用於編寫依賴於類型屬性的函數重載或模闆特化。 編譯期常量計算 (`constexpr`)：學習如何使用 `constexpr` 關鍵字將復雜的計算（如數學公式、查找錶構建）推遲到編譯階段，從而在運行時消除開銷。 類型特徵庫 (``)：利用標準庫提供的工具（如 `std::is_same`, `std::enable_if`, `std::conditional`）來編寫高度泛化的、自適應不同輸入類型的模闆代碼。 第六章：性能剖析與低延遲技術 編寫高性能代碼要求開發者具備分析和優化程序瓶頸的能力。 緩存友好性與數據布局：討論 CPU 緩存的工作原理（L1/L2/L3），以及如何通過調整結構體成員的順序、使用數組而非鏈錶來提高數據的局部性，減少緩存未命中。 內存訪問模式分析：區分順序訪問與隨機訪問的性能差異，並針對性地優化 I/O 操作和數據結構遍曆。 工具鏈的使用：指導讀者如何使用性能分析工具（如 Valgrind, Google Perftools, 或特定平颱的性能計數器）來定位熱點代碼和內存泄漏，並將分析結果轉化為具體的優化策略。 --- 第三部分：麵嚮對象設計、並發與軟件工程實踐 本部分將討論如何在大型項目中應用 C++ 的強大特性來構建可擴展、易於維護的軟件架構。 第七章：設計模式在 C++ 中的實現與權衡 本章不隻是羅列經典設計模式，而是聚焦於 C++ 特性如何自然地或以更優化的方式實現這些模式。 工廠模式與抽象工廠的變體：使用智能指針和 RAII 更好地管理工廠創建的對象的生命周期，以及利用模闆元編程實現更安全的靜態工廠。 觀察者模式與信號/槽機製：探討如何使用現代 C++ 的 `std::function` 和 `std::bind` 來構建輕量級的、類型安全的事件/信號係統，避免傳統指針迴調的弊端。 策略模式與函數對象：展示 Lambda 錶達式如何替代傳統的策略類層次結構，實現更簡潔的行為切換。 第八章：深入多綫程編程與同步機製 隨著多核係統的普及，編寫正確的並發代碼至關重要。 數據競爭與同步原語：全麵解析 `std::mutex`, `std::lock_guard`, `std::unique_lock` 的使用場景，並強調應最小化臨界區的範圍。 原子操作 (`std::atomic`)：介紹在不使用鎖的情況下實現無鎖（Lock-Free）並發操作的優勢與挑戰，適用於計數器、標誌位等簡單同步需求。 內存模型與屏障：簡要介紹 C++11/20 內存模型，解釋 `std::memory_order`（如 `acquire`, `release`）如何保證跨綫程操作的可見性，避免不必要的係統開銷。 第九章：錯誤處理、異常安全與庫構建 健壯的軟件必須能夠優雅地處理錯誤，並保證在異常發生時數據的完整性。 異常安全保證：係統性地講解強異常安全、基本異常安全和無異常保證的概念，並提供在構造函數、析構函數和資源管理中實現這些保證的實用技巧。 錯誤報告機製的現代化：評估使用 `std::optional`（C++17）處理可能缺失的結果，以及使用 `std::expected`（C++23 或自定義實現）處理可恢復錯誤的優勢，以減少對異常的過度依賴。 模塊化與包管理：討論現代 C++ 項目的組織方式，包括使用 CMake 構建係統以及未來 C++ Modules 的潛力，以提高編譯速度和代碼的封裝性。 --- 總結： 本書提供瞭一個從底層內存機製到高層軟件架構的完整路綫圖。通過對現代 C++ 語言特性的深入挖掘和對係統級性能的關注，讀者將能夠設計和實現齣具有工業級質量、高性能和高可維護性的 C++ 應用程序。我們強調的是理解原理、正確應用標準庫，並始終保持對性能和安全性的警惕。

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我不得不承認，這本書的深度足以讓資深工程師也能有所收獲，但它的敘事方式卻異常的親切，完全沒有那種高高在上的技術權威感。它像一個老朋友在耐心為你剖析一個復雜係統的內部運作。例如，在闡述哈希錶衝突解決策略時，它不僅對比瞭鏈地址法和開放尋址法的優劣，還探討瞭在多綫程並發環境下，如何選擇和修改這些結構以保證綫程安全，這已經超齣瞭普通入門書籍的範疇。對於我這種習慣瞭使用高級抽象層的開發者來說，這本書強迫我“下沉”到內存和指針層麵去思考問題，重新審視瞭C++內存模型的底層邏輯。通過對不同抽象層次的反復切換練習，我對“抽象”這個概念有瞭更深刻的理解——真正的抽象是建立在紮實底層認知之上的。

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說實話，這本書的實戰價值遠遠超齣瞭我的預期。我之前看過幾本號稱“實戰”的教材，結果打開全是理論的堆砌，代碼部分晦澀難懂，根本無法直接應用到實際項目中去。然而，這本教材的處理方式非常高明。它並沒有停留在算法的理論層麵，而是緊密結閤瞭C++的特性和標準庫的用法。比如在講解動態內存管理和麵嚮對象設計時，它融入瞭大量的C++11/14/17的新特性，這對於想要跟上現代C++步伐的開發者來說，簡直是及時雨。每章末尾的“挑戰性編程練習”纔是真正的精髓所在，它們往往模擬瞭真實世界中遇到的性能瓶頸和設計難題，迫使你必須深入理解底層原理纔能找到最優解。我嘗試著自己實現瞭一個基於B樹的磁盤緩存模擬，書中的指導思路非常清晰，讓我少走瞭很多彎路，這種“帶著鐐銬跳舞”的練習，纔是真正提升編程內功的良藥。

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這本書的排版和印刷質量，細節之處見真章，這對於長時間閱讀技術書籍的人來說至關重要。紙張的選擇恰到好處，不是那種反光的劣質紙，長時間閱讀眼睛也不會感到疲勞。更值得稱贊的是代碼塊的格式化，縮進、注釋、關鍵字的高亮都處理得非常專業，閱讀體驗絲滑流暢。我尤其欣賞作者在引入復雜算法（比如圖論中的Dijkstra或A*搜索）時，那種嚴謹的數學證明與直觀的代碼實現的完美平衡。證明部分不會過於冗長，恰到好處地奠定瞭算法的正確性基礎；而代碼實現則兼顧瞭可讀性和性能，幾乎沒有冗餘。它好像是一位經驗極其豐富的導師，在你即將迷失於復雜的符號和公式時，總能及時地用一句簡潔的中文注釋點亮迷霧。這種對細節的極緻追求，體現瞭作者對讀者體驗的尊重。

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這本書的封麵設計簡直是藝術品，那種深邃的藍色調配上銀色的字體，一看就充滿瞭專業和嚴謹的氣息。我剛拿到手的時候，光是翻閱目錄就被深深吸引瞭，它清晰地勾勒齣瞭一幅從基礎概念到高級應用的宏偉藍圖。特彆是對於那些初學者來說，它並沒有一開始就堆砌復雜的代碼和理論，而是用非常形象的比喻和生活中的例子來解釋抽象的數據結構，比如用交通流量來類比隊列，用傢譜來比喻樹形結構，這種循序漸進的方式極大地降低瞭學習的門檻。作者在講解基礎算法時，那種對效率和時間復雜度的執著追求，讓人感受到瞭編程的魅力所在，它不僅僅是教會你如何實現一個排序，更是讓你理解“為什麼”要選擇這種排序方式，背後的數學邏輯和工程考量體現得淋灕盡緻。書中大量的圖示和流程圖，更是功不可沒，讓原本枯燥的邏輯推演變得生動易懂，我甚至覺得它更像一本精心編排的視覺教程，而不是一本冰冷的技術手冊。

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這本書的參考價值和工具書屬性也值得一提。在全書的末尾，作者附帶瞭一個非常詳盡的“常用數據結構性能速查錶”，這在我需要快速對比不同數據結構在特定操作下的時間空間復雜度時，簡直是神器般的存在。它不是那種一瞥而過的總結，而是結閤瞭不同編譯器優化和硬件架構影響的討論。此外，附帶的在綫資源鏈接也維護得非常及時，一些過時的概念和代碼示例都會及時更新到最新的C++標準或更優的實現方式。總而言之，這本書超越瞭“學習指南”的範疇，它更像是一本可以長期陪伴左右的“兵器譜”，無論我處於職業生涯的哪個階段，需要迴顧基礎還是探究前沿優化，都能從中找到所需的智慧和工具。

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