流暢的 Python｜清晰、簡潔、高效的程式設計 第二版 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

Luciano Ramalho

圖書標籤:

• Python
• 編程
• 第二版
• 流暢Python
• 高效
• 清晰
• 簡潔
• 設計模式
• Python3
• 進階

《深入理解計算機係統》（Computer Systems: A Programmer's Perspective），第三版 作者： Randal E. Bryant, David R. O'Hallaron 譯者： 錢勝等 齣版社： 機械工業齣版社 --- 內容簡介： 《深入理解計算機係統》（簡稱CS:APP）是一本在全球範圍內享有盛譽的經典教材，旨在為計算機科學專業的學生和希望提升係統級編程能力的工程師提供一個全麵而深刻的視角，理解現代計算機係統的基本原理和工作機製。本書的核心思想在於，要成為一名優秀的程序員，必須瞭解程序在實際硬件和操作係統環境下是如何運行的，而不僅僅是停留在抽象的編程語言層麵。 本書覆蓋瞭從底層硬件到高級軟件的整個係統棧，結構清晰，論述深入淺齣，將復雜的概念以易於理解的方式呈現齣來，並輔以大量的實例和實踐性的編碼練習。第三版在保留瞭前兩版核心精髓的基礎上，緊密結閤瞭當前最新的硬件和軟件技術發展趨勢，進行瞭全麵的更新和修訂。 一、 深入探究信息的錶示與處理 全書的第一部分聚焦於計算機底層最基礎的元素：信息是如何被錶示和處理的。 數據在計算機中的錶示： 詳細介紹瞭整數、浮點數（遵循IEEE 754標準）以及字符的二進製錶示方式。讀者將理解定點數和浮點數的內部結構，掌握位級運算（如位屏蔽、位移操作）在C語言中的應用，並能夠分析不同數據類型在內存中占用的空間和字節序（大小端模式）。這部分內容是理解所有後續係統主題的基石。 整數溢齣與數值精度： 重點探討瞭有符號數和無符號數的運算規則，以及在計算過程中可能發生的溢齣問題。對於浮點運算，本書詳盡解釋瞭精度損失、捨入誤差以及如何使用`math.h`庫中的函數進行精確控製，這對於編寫科學計算和金融應用至關重要。 匯編語言與程序編譯： 本書引入瞭IA32和x86-64匯編語言，但目的並非讓讀者精通匯編，而是理解高級語言（如C）是如何被編譯器翻譯成機器指令的。通過分析編譯過程，讀者能夠清晰地看到函數調用棧幀的結構、參數傳遞機製、局部變量的存儲，以及寄存器的作用。這為理解性能優化和調試復雜錯誤提供瞭必要的底層視角。 二、 處理器架構與程序執行 第二部分將視角提升到處理器層麵，解釋瞭程序指令是如何被CPU執行的，以及現代處理器為瞭提高效率所采用的復雜技術。 處理器體係結構： 詳細介紹瞭經典的馮·諾依曼和哈佛架構，以及現代高性能處理器的設計哲學。 數據通路與控製： 深入講解瞭指令的取指、譯碼、執行、訪存和寫迴等流水綫階段。重點剖析瞭數據通路的設計，揭示瞭指令如何一步步在硬件中流動和計算。 指令級並行（ILP）： 這是現代CPU性能的關鍵。本書清晰闡述瞭指令級並行的概念，包括靜態和動態調度，以及超標量處理器、亂序執行和分支預測等復雜技術。理解這些技術，能幫助程序員寫齣更“友好”於硬件的代碼，避免流水綫停頓。 內存訪問與優化： 處理器訪存的效率對整體性能影響巨大。本書闡述瞭L1、L2、L3緩存的工作原理，包括直接映射、組相聯映射和全相聯映射的替換策略。讀者將學習如何通過閤理的數據結構布局和代碼重排來最大化緩存命中率，實現程序性能的飛躍。 三、 程序的鏈接、加載與共享 本部分關注程序在被執行前和執行時的係統交互，即代碼和數據是如何從硬盤被加載到內存中並得以運行的。 目標代碼與可執行文件： 解釋瞭編譯器生成的目標代碼文件格式（如ELF格式），以及其中包含的代碼段、數據段和符號錶等關鍵信息。 鏈接過程： 詳細介紹瞭靜態鏈接和動態鏈接的工作方式。讀者將理解符號解析和重定位的原理，掌握如何處理庫函數（如靜態庫.a和共享庫.so）。 動態鏈接與共享對象： 特彆強調瞭動態鏈接的重要性，解釋瞭PLT（過程鏈接錶）和GOT（全局偏移量錶）如何實現代碼的共享和延遲綁定。這對於理解共享庫的加載機製和內存占用至關重要。 程序加載與異常處理： 描述瞭操作係統內核如何將可執行文件加載到虛擬地址空間，以及棧的結構和函數調用的實現細節。同時，本書也涵蓋瞭異常處理（如信號和中斷）的基礎知識，這是程序健壯性的重要組成部分。 四、 虛擬內存與係統級抽象 虛擬內存是現代操作係統提供的最核心的抽象之一，本書對其原理進行瞭透徹的剖析。 虛擬內存（VM）的原理： 闡述瞭VM如何為每個進程提供一個私有、一緻的地址空間，以及它如何通過頁錶將虛擬地址映射到物理地址。 內存保護與隔離： 解釋瞭VM如何實現進程間的隔離和內存保護，防止一個程序意外或惡意地修改另一個程序的內存。 地址翻譯過程： 詳細模擬瞭CPU生成邏輯地址、TLB（轉譯後備緩衝器）查找，以及頁錶遍曆的完整過程，強調瞭TLB在加速地址翻譯中的關鍵作用。 內存映射： 介紹瞭`mmap`等係統調用如何將文件內容直接映射到進程的虛擬地址空間，實現高效的文件I/O。 五、 並發編程與係統級並發 並發是現代計算的基石，本書提供瞭構建正確、高效並發程序的係統級方法論。 進程與綫程： 區分瞭進程（Process）和綫程（Thread）的概念、區彆和聯係，介紹瞭綫程的創建、管理和同步機製。 並發編程的挑戰： 重點討論瞭並發帶來的固有問題，如數據競爭、死鎖和活鎖。 同步工具： 詳細講解瞭實現同步控製的各種工具，包括互斥鎖（Mutexes）、信號量（Semaphores）和條件變量（Condition Variables）。書中提供瞭大量使用這些工具來構建綫程安全代碼的實例，並強調瞭正確使用鎖的重要性。 綫程安全編程實踐： 提供瞭編寫可重入函數和實現綫程安全數據結構的設計原則。 六、 I/O 建模與網絡編程基礎 最後一部分將係統知識應用於輸入/輸齣（I/O）和網絡通信。 係統級 I/O： 介紹瞭Unix I/O模型，包括打開、讀寫文件描述符的係統調用，以及對標準I/O庫（如`printf`的實現原理）的認識。 網絡編程基礎： 闡述瞭網絡通信的係統級抽象，特彆是套接字（Sockets）編程模型。讀者將瞭解TCP/IP協議棧的基本概念，如何使用Socket API進行客戶端和服務器的建立、連接、數據傳輸和關閉。 並發服務器設計： 探討瞭如何使用多進程或多綫程模型來構建能同時處理多個客戶端連接的並發網絡服務器，並分析瞭各種設計模式（如使用`select`/`poll`模型）的優缺點。 總結： 《深入理解計算機係統》第三版是一本將理論與實踐完美結閤的巨著。它不僅僅教授讀者如何“編程”，更重要的是教導讀者如何“思考”程序在硬件上是如何運作的。通過對係統底層機製的透徹理解，讀者將能夠編寫齣更健壯、更高效、更具可移植性的代碼，無論是在係統編程、嵌入式開發、高性能計算還是軟件架構設計領域，都將受益匪淺。本書適閤作為高等院校計算機專業本科生和研究生的核心教材，也是所有希望從“會寫代碼”進階到“精通係統”的軟件工程師的必備參考書。