Ada for Software Engineers

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出版者:John Wiley & Sons
作者:M. Ben-Ari
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1998-08-07
价格:USD 80.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780471979128
丛书系列:
图书标签:
  • Ada
  • 编程语言
  • 软件工程
  • 嵌入式系统
  • 实时系统
  • 航空航天
  • 安全关键系统
  • 并发编程
  • 面向对象编程
  • 编程技巧
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具体描述

软件工程师的算法与数据结构实践指南 书名:算法思维与高效编程 作者:[虚构作者名] 出版社:[虚构出版社名] ISBN:[虚构ISBN] --- 内容简介: 在快速迭代和复杂性日益增加的现代软件开发领域,对底层计算原理的深刻理解是区分优秀工程师和平庸工程师的关键。本书《算法思维与高效编程》旨在为经验丰富的软件工程师提供一套全面、深入且高度实用的算法和数据结构知识体系,重点关注这些核心概念如何在真实世界的工程实践中得到优化、应用和调优。 本书不涉及特定编程语言Ada或其特定的语法、编译器、并发模型或软件工程方法论(如形式化验证、高完整性系统设计)。相反,我们将目光聚焦于跨越语言边界、适用于所有高性能和高可靠性软件的基础计算科学。 第一部分:基础构建块与性能剖析 (The Fundamentals and Performance Profiling) 本部分首先对软件工程师日常接触的抽象数据结构进行系统的梳理,但视角将更侧重于内存布局、缓存局部性(Cache Locality)和实际执行时间的分析,而非仅仅停留在理论复杂度。 数组与动态数组的深入剖析: 我们将探讨底层内存分配机制(如堆与栈的区别),分析连续内存访问如何利用CPU流水线和缓存行预取机制,并深入研究动态数组在特定负载下的扩容策略(amortized analysis)的实际工程意义,特别是在资源受限环境下的影响。 链表、栈与队列的重新审视: 尽管基础,但其在特定场景下的性能陷阱(如指针解引用带来的内存延迟)会被详细剖析。我们将比较栈(Stack)在内核态与用户态中的实现差异,以及在构建状态机或函数调用链跟踪时,如何选择最优的链式结构(如双向链表与红黑树的权衡)。 散列表(Hash Tables)的工程化: 散列表是几乎所有高性能系统的核心。本书将重点讲解各种冲突解决策略(开放寻址法、链式法)在现代硬件上的性能表现。我们深入探讨一致性哈希(Consistent Hashing)在分布式系统中的关键作用,以及如何设计出抗碰撞的哈希函数,以应对恶意或非随机输入对系统性能的破坏。 性能度量与基准测试: 理论上的$O(n)$与实际运行中的毫秒级差异巨大。本章提供了一套系统的基准测试方法论,教导工程师如何使用低级工具(如Linux `perf`、CPU性能计数器)来验证算法的实际缓存命中率和分支预测准确性,从而为选择算法提供硬性数据支持。 第二部分:高级结构与高效检索 (Advanced Structures for Complex Data) 本部分将挑战工程师对树形结构和图论的认知,将其从教科书的定义提升到解决大规模数据挑战的工具集。 平衡树的工程实践: 不仅介绍AVL树和红黑树的旋转维护,更重要的是探讨B树及其变体(如B+树)在磁盘I/O受限环境下的统治地位。我们将详细分析数据库索引如何利用B+树的结构,以及在内存数据库中,跳跃列表(Skip Lists)如何作为一种更简洁的、概率性的平衡结构提供高性能的范围查询和插入操作。 空间数据结构(Spatial Data Structures): 对于处理地理信息、碰撞检测或渲染场景的工程师,KD-Tree和四叉树(Quadtrees)是必不可少的。本书将展示如何根据维度和数据分布的特性,选择最合适的空间划分技术,并侧重于范围查询(Range Queries)的算法优化。 图论在网络与依赖分析中的应用: 算法不仅仅是排序。我们将深入探讨最短路径算法(Dijkstra, A)在路由协议和路径规划中的实际部署。更侧重于拓扑排序在构建编译依赖关系、任务调度系统(如CI/CD流程)中的精确应用,以及如何使用深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)来有效遍历大型、非结构化的数据集合。 第三部分:排序、搜索与优化范式 (Sorting, Searching, and Optimization Paradigms) 本部分着重于对信息检索和数据整理的经典算法进行深入解构,并引入现代优化思想。 现代排序算法的选择与调优: 我们将对比Quicksort、Mergesort和Introsort(C++标准库中的常用混合策略)的实际表现。特别关注内省排序(Introsort)如何通过结合快速排序的平均性能和堆排序的最坏情况保证,在工程系统中成为首选。 搜索与模式匹配: 字符串搜索不仅仅是KMP算法。我们将探讨Rabin-Karp(基于滚动哈希)的优势,以及Boyer-Moore算法在文本编辑器和日志分析工具中为何能展现出超越线性的平均性能。 贪心、动态规划与回溯的边界: 动态规划(DP)的瓶颈往往在于状态空间爆炸。本书将教授如何识别问题的最优子结构和重叠子问题,并引入记忆化(Memoization)的技术,以在保证正确性的同时,将指数级问题转化为多项式解法。对于NP-hard问题,我们将探讨近似算法(Approximation Algorithms)和启发式搜索(Heuristics)在工程决策中的价值。 本书特色: 1. 工程聚焦: 每一个算法的讨论都紧密联系着现代CPU架构、内存层级和实际的I/O瓶颈。 2. 从理论到实践的桥梁: 提供了大量伪代码和现实世界中的性能对比案例,帮助工程师判断何时应使用“理论最优”的算法,何时应使用“工程实践最优”的算法。 3. 系统性思维: 培养工程师在设计大型系统时,能够基于数据结构的内在特性来预见性能瓶颈的能力。 本书适合希望从“会写代码”迈向“设计高效、可靠系统”的资深软件工程师、系统架构师以及需要深入理解底层性能的开发人员。掌握这些知识,意味着您将能够自信地优化任何基于数据处理的软件组件。

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读后感

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用户评价

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这本关于 Ada 编程语言的书籍,从我的角度来看,更像是一部深入浅出的技术手册,而非传统意义上的“大部头”著作。它在结构上非常严谨,对初学者和有经验的开发者都展现出了极大的友好性。书中对 Ada 语言的核心特性,比如其强大的类型系统和并发处理能力,进行了非常细致的剖析。我特别欣赏作者在讲解复杂概念时所采用的类比和实例,它们让原本抽象的编程范式变得生动起来。例如,书中对于“受限联合体”(Discriminated Unions)的讨论,通过一系列实际的软件工程案例,清晰地展示了它们在保证程序安全性和可靠性方面的关键作用。阅读过程中,我能明显感觉到作者在强调“如何写出可验证、可维护的代码”,这对于那些在关键领域工作的工程师来说,无疑是极具价值的视角。它不仅仅是教你语法,更是在培养一种工程思维,即如何利用语言特性来预防错误,而不是等到运行时才去修复它们。这种前瞻性的编程理念贯穿始终,让人在学习的过程中,仿佛在与一位经验丰富的架构师对话,不断被引导去思考代码的长期健康状况。

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初次翻阅这本书时,我原本担心会因为对 Ada 历史背景了解不深而产生阅读障碍,但事实证明我的担忧是多余的。作者的写作方式具有极强的包容性,他巧妙地将 Ada 的设计哲学与其在现代软件开发中的相关性联系起来。我发现书中对于“契约式编程”的讨论尤其具有启发性,它不仅仅是关于前置条件和后置条件,更延伸到了如何利用 Ada 的类型系统来构造“不可能出错”的状态机模型。这种自底向上保证正确性的方法论,与许多现代语言的运行时防御策略形成了鲜明的对比。这本书的深度足以让资深程序员受益匪浅,因为它揭示了 Ada 语言背后深思熟虑的设计哲学。它不像某些前沿技术书籍那样追逐时髦的概念,而是沉稳地提供了一种经过时间考验的、注重质量的解决方案。读完之后,我感觉自己对“软件质量”的理解得到了提升,不仅仅是代码的整洁度,更是其在形式逻辑层面上的健壮性。

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如果让我用一个词来形容这本书的风格,那大概是“务实”与“精确”。它没有冗余的修饰语,每一个句子都承载着信息量。我发现自己经常需要放慢阅读速度,反复咀嚼那些关于类型安全和静态分析的论述。书中对 Ada 编译器和工具链的集成应用也进行了探讨,这使得理论知识能够快速转化为实际操作能力。例如,关于如何配置项目文件(Project Files)以管理复杂的依赖关系和编译选项的讲解,就非常贴合工程实践的需求。我尤其赞赏作者在讲解子程序重载(Overloading)和默认参数(Default Parameters)时所展现出的细致入微,这些看似微小的语言特性,在大型项目中却能极大地提高代码的可读性和模块化程度。这本书的价值在于,它把 Ada 语言中的每一点设计决策都置于软件工程的宏大背景下进行审视,而不是孤立地讲解语法规则。它让我开始重新思考自己在日常工作中,因追求开发速度而牺牲的那些本应在设计阶段就解决的潜在缺陷。

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这本书的行文感觉非常“老派”——褒义的那种。它洋溢着对严谨工程学的尊重,这种感觉在当前快餐式编程书籍中已不多见。作者似乎是一位深谙软件生命周期挑战的资深工程师,他通过详实的篇幅,引导读者如何构建能够抵御时间侵蚀的系统。特别是在处理泛型编程和实例化时,书中对性能开销和类型推导的讨论,既深入技术细节,又保持了清晰的脉络。我个人认为,对于那些从事航空、金融或医疗等对错误零容忍行业的人员来说,这本书的价值几乎是不可估量的。它没有过度宣传 Ada 的“快”,而是专注于“可靠”和“可维护”。最后几章关于程序包规范(Specification)与体(Body)分离的原则阐述,更是精辟地总结了如何进行有效的接口设计和信息隐藏,这对于任何规模的团队协作都是黄金法则。它迫使你停下来,思考你所写的代码,是否能够承受未来十年内的修改和维护压力。

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这本书的叙事节奏把握得非常巧妙,读起来感觉像是进行了一次结构化、有深度的技术探索之旅。作者在构建知识体系时,采用了渐进式的难度提升策略,确保读者不会因为信息过载而感到迷茫。我尤其对书中关于“任务和保护性程序包”(Tasks and Protected Objects)的章节印象深刻。它并没有仅仅停留在理论描述上,而是深入探讨了在实时嵌入式系统和高可靠性软件中,如何利用 Ada 的并发模型来避免竞态条件和死锁。作者提供的代码片段,简洁而有力,每一个例子都像是精心打磨的工艺品,直指问题的核心。此外,书中对 Ada 2012 标准所引入的新特性也给予了足够的关注,尤其是那些增强了泛型编程和合约式设计(Design by Contract)能力的改进。对于那些习惯于C++或Java的开发者来说,这本书提供了一个绝佳的视角,去理解 Ada 这种“为正确性而生”的语言,是如何通过其设计哲学,从根本上提升软件质量的。它不是在推销语言,而是在展示一种实现高可靠软件的有效路径。

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