電腦軟體設計丙級技能檢定學術科｜適用C++(第二版) (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吳進北

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數位時代的核心技能：深入探討現代軟體架構與高效能程式設計 本書聚焦於當前軟體開發領域中最具實戰價值的核心技術與思維模式，旨在為具備基礎程式語言背景的讀者，建立起足以應對複雜工業級專案的扎實知識體系。我們不著重於單一程式語言的語法記憶，而是深入探討如何設計、建構、優化與維護現代軟體系統。 第一部：計算思維與基礎演算法的深化應用 本篇章將引導讀者超越教科書層面的演算法介紹，轉而探討在實際效能瓶頸出現時，如何挑選並實作最合適的資料結構與演算法。 1. 複雜度分析的實戰化 時間與空間複雜度的精確量化： 不僅限於 Big O 表示法，更探討在不同硬體架構（如快取記憶體、多核心處理器）下，實際執行時間的微觀差異。討論常數因子在大型資料集中的決定性影響。 漸近分析的局限性與動態調整： 探討在資料量較小時，預先複雜度較高的演算法（如 $O(N log N)$）如何因較小的常數因子而在實務中勝過漸近表現較佳的演算法（如 $O(N^2)$），並探討如何建構自適應演算法框架。 2. 進階資料結構的效能剖析 雜湊表的極限與優化： 深入探討通用雜湊函數的設計原則（如 MurmurHash、FNV），以及處理碰撞問題的進階策略，包括鏈表法、開放定址法（線性探測、二次探測、雙重雜散）的優劣比較。專注於如何設計適用於特定資料分佈的雜湊表，以確保最差情況下的效能表現。 樹狀結構的平衡藝術： 不僅介紹 AVL 樹與紅黑樹（Red-Black Tree），更著重於 B 樹（B-Tree）和 B+ 樹在資料庫索引層面的應用原理。探討 Skip List 如何作為一種高並發場景下的替代方案，以及其結構複雜度與查詢速度的權衡。 圖論在系統層面的建模： 探討最短路徑演算法（Dijkstra、Bellman-Ford、Floyd-Warshall）在網路路由、資源調度中的實際應用案例，以及拓樸排序在建構依賴關係圖（如編譯器依賴分析、專案管理排程）中的關鍵作用。 第二部：現代軟體架構設計與模式實踐 本部分著重於將底層程式設計能力，提升到系統級別的架構設計層面，確保軟體具備可擴展性、可維護性和高可靠性。 3. 設計模式的深度解構與反模式分析 結構型與行為型模式的場景化選擇： 詳細分析 Adapter、Decorator、Strategy、Observer 等模式的細微差異及其適用場景。重點探討何時應採用組合（Composition）而非繼承（Inheritance），以及如何避免模式濫用導致的「設計模式肺炎」。 創造型模式的生命週期管理： 深入探討工廠方法（Factory Method）、抽象工廠（Abstract Factory）與建造者（Builder）模式在處理複雜物件初始化流程中的職責劃分。特別討論單例模式（Singleton）在多執行緒環境下正確的實現方式，及其在依賴注入（DI）框架中的替代方案。 架構模式的演進： 比較分層架構（Layered）、事件驅動架構（Event-Driven Architecture, EDA）與微服務架構（Microservices）的優缺點。重點分析在何種業務場景下，單體架構（Monolith）仍是最佳選擇，並探討如何實施模組化單體以保留靈活性。 4. 高效能程式設計與記憶體管理 記憶體模型與快取一致性： 探討現代處理器如何透過快取層級（L1, L2, L3）優化存取速度。深入理解快取偽共享（False Sharing）問題，以及在並行程式設計中如何透過結構對齊（Padding）來最小化效能損失。 資源生命週期與釋放策略： 探討 RAII (Resource Acquisition Is Initialization) 原理在 C++ 語言中的實踐，分析智慧型指標（`std::unique_ptr`, `std::shared_ptr`, `std::weak_ptr`）的適用時機與性能開銷。討論在無垃圾回收機（GC）的環境下，如何設計健壯的資源清理機制。 I/O 模型的選擇： 比較同步阻塞 I/O、非同步非阻塞 I/O (AIO) 與事件驅動模型（如 epoll/kqueue）的底層差異。分析如何根據應用程式的特性（CPU 密集型 vs. I/O 密集型）選擇合適的並行化策略。 第三部：軟體品質保證與現代工程實踐 軟體設計的成功不僅在於程式碼的編寫，更在於如何確保其穩定性、安全性和長期的可維護性。 5. 測試策略與自動化驗證 單元測試的金標準： 探討如何編寫高覆蓋率、低耦合的單元測試。重點討論如何有效地使用 Mocking（模擬）與 Stubbing（存根）技術來隔離外部依賴，確保測試的純粹性與可重複性。 整合測試與端到端驗證： 分析整合測試的層級劃分，特別是在資料庫、網路服務等外部系統互動時，應採取的測試策略。介紹合約測試（Contract Testing）的概念，用於驗證分散式系統中服務間的介面一致性。 靜態分析與程式碼品質度量： 介紹 LINT 工具在編譯階段捕獲潛在錯誤的重要性。討論圈複雜度（Cyclomatic Complexity）、耦合度等指標，並探討如何透過持續整合（CI）流程自動化地強制執行程式碼品質標準。 6. 軟體安全與防禦性編程 常見漏洞的原理與防禦： 系統性分析緩衝區溢位（Buffer Overflows）、整數溢位（Integer Overflows）、SQL 注入和跨站腳本（XSS）等常見安全問題的技術成因。 輸入驗證與輸出編碼： 強調所有外部輸入（無論來自使用者、文件還是網路）都必須經過嚴格的清理和邊界檢查。深入探討在處理使用者資料輸出至不同媒介（HTML、JSON、終端）時，應採用的編碼技術以防止攻擊。 權限管理與最小權限原則： 探討如何設計基於角色的存取控制（RBAC）模型，並實施最小權限原則，確保程式模組或使用者僅擁有完成其任務所必需的最低存取權限。 全書結構嚴謹，從最底層的計算效率出發，逐步構建至宏觀的系統架構，並最終落腳於保障軟體長期價值的工程實踐，是所有志在成為資深軟體工程師的開發者的必備參考。