OCP：Java SE 11 Developer 認證指南（上）－ 物件導向設計篇 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曾瑞君

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深入探索现代 C++ 编程：从基础到高级特性 本书名：现代 C++ 实践指南：性能优化与并发编程（附带完整代码示例） 简介 在当今快速发展的软件工程领域，C++ 依然是构建高性能、高可靠性系统的中坚力量。从操作系统内核到实时交易系统，再到大规模的图形渲染引擎，C++ 凭借其对硬件的直接控制能力和无与伦比的执行效率，占据着不可替代的地位。然而，随着 C++ 标准的持续演进（C++11, 14, 17, 20 乃至最新的 23 标准），这门语言的复杂性和深度也在不断增加。仅仅掌握基础语法已不足以应对现代工程挑战。 本书《现代 C++ 实践指南：性能优化与并发编程》旨在为具备一定 C++ 基础的开发者提供一条清晰的进阶路径。我们不仅仅关注“如何编写 C++ 代码”，更侧重于“如何编写出高性能、可维护且符合现代 C++ 范式的代码”。本书内容聚焦于 C++ 语言的深层机制、高级特性在实际项目中的应用，以及应对多核时代挑战的并发编程范式。 我们假定读者已经熟悉 C++ 的基本语法，包括类、对象、继承和多态等面向对象编程的核心概念。本书将带领读者跨越初级门槛，直接深入到驱动现代软件性能的核心技术栈。 --- 第一部分：回归核心——C++ 内存模型与性能优化 本部分将深入剖析 C++ 运行时行为，这是实现极致性能优化的基石。我们将探索编译器如何将高级代码转化为机器指令，以及如何通过理解底层机制来指导我们的编程决策。 第一章：值语义与移动语义的深度解析 我们首先要彻底区分“值拷贝”和“资源转移”。在旧版 C++ 中，不必要的深拷贝是性能瓶颈的主要元凶。本章详细讲解了右值引用（Rvalue References）的引入如何彻底改变了资源管理范式。 零开销抽象的实现原理： 深入理解 `std::move` 和 `std::forward` 的工作机制，以及它们如何协同模板（Templates）实现泛型代码的性能优化。 构造函数与赋值运算符的重载： 如何正确实现移动构造函数和移动赋值运算符，避免“构造/析构/复制”的循环，尤其是在处理标准库容器（如 `std::vector` 和 `std::string`）作为成员变量时。 强制内联与函数调用的开销分析： 使用工具分析函数调用栈的深度，讨论 `inline` 关键字的真正作用，以及 `constexpr` 在编译期计算方面的强大能力。 第二章：RAII 的高级应用与资源生命周期管理 资源获取即初始化（RAII）是 C++ 健壮性的核心。本章将把 RAII 思想从简单的内存管理扩展到更复杂的领域。 智能指针的定制化使用： 不仅仅是 `unique_ptr` 和 `shared_ptr`。我们将探讨 `weak_ptr` 如何打破循环引用，并介绍如何自定义 `Deleter` 以管理非标准资源（如文件句柄、网络套接字或自定义内存池）。 异常安全与事务性代码： 如何利用 RAII 确保在异常抛出时资源得到恰当释放，实现强异常安全保证。讨论“复制并交换（Copy-and-Swap）”惯用法在保证异常安全中的作用。 内存分配器的世界： 理解默认 `new` 和 `delete` 的局限性。介绍自定义分配器（Custom Allocators）的概念，针对特定数据结构（如内存池）优化内存访问模式，以减少碎片化和系统调用开销。 第三章：模板元编程（TMP）的实用化 模板元编程不再是晦涩难懂的理论。现代 C++ 依赖 TMP 实现编译期的类型检查、策略选择和代码生成。 SFINAE 的现代替代品： 探讨 C++17 引入的 `if constexpr` 和 C++20 的 Concepts 如何取代复杂的 SFINAE 技巧，使泛型代码更具可读性和可维护性。 类型特征（Type Traits）的构建与应用： 如何使用 `std::is_same`, `std::enable_if` 等，并展示如何自己编写特征来检测特定类型是否支持某些操作（例如是否具有特定的成员函数）。 运行时多态与静态多态的权衡： 深入比较使用虚函数（Runtime Polymorphism）与模板化特化（Static Polymorphism，如 Curiously Recurring Template Pattern - CRTP）在性能和接口灵活性上的优劣。 --- 第二部分：多核时代的并行与并发编程 随着摩尔定律的放缓，性能提升越来越依赖于利用多核 CPU。本书的后半部分专注于 C++ 标准库提供的强大并发工具，确保代码在多线程环境下依然正确且高效地运行。 第四章：线程管理与同步原语的精细控制 理解并发的复杂性——竞态条件（Race Conditions）和死锁（Deadlocks）——是编写安全多线程代码的第一步。 线程生命周期管理： 深入对比 `std::thread` 的创建、`join()` 与 `detach()` 的区别，以及在资源清理时如何安全地管理线程对象。 互斥量（Mutexes）的选择与优化： 不仅是 `std::mutex`。我们将详细比较 `std::recursive_mutex`, `std::timed_mutex` 的使用场景，以及 `std::lock_guard` 和 `std::unique_lock` 在锁定管理上的细微差别和性能影响。 条件变量（Condition Variables）与生产者/消费者模型： 构建高效的线程间通信机制。展示如何使用条件变量实现高效的阻塞等待，而非低效的忙等待循环。 第五章：原子操作与内存模型的奥秘 当锁的开销成为瓶颈时，原子操作（Atomics）是最后的救命稻草。然而，正确使用原子操作需要深刻理解 C++ 内存模型。 C++ 内存模型的引入： 解释什么是数据竞争（Data Races），以及为什么即使是简单的变量读取也可能在多线程中产生未定义行为。 `std::atomic` 的类型与操作： 掌握对基本类型、结构体和自定义类型的原子操作。重点讲解 `load`, `store`, `exchange`, 和 `compare_exchange_weak/strong` 的语义。 内存排序（Memory Ordering）： 这是最核心也最复杂的部分。详细解释 `memory_order_relaxed`, `seq_cst`, `acquire/release` 的区别。通过实际代码案例展示如何通过更宽松的排序规则来提升性能，同时保持程序的正确性。 第六章：未来方向：协程与异步编程 C++20 引入的协程（Coroutines）为编写顺序化、非阻塞的异步代码提供了革命性的工具。 协程的基础结构： 解析 `co_await`, `co_yield`, 和 `co_return` 的工作原理，理解 `promise_type` 和 `coroutine_handle` 的角色。 构建自己的异步操作： 演示如何围绕 `std::future` 之外的自定义返回类型（如一个简化版的 `Task` 类）来封装 I/O 密集型操作，实现高效的并发 I/O。 高层次异步框架的对比： 讨论如 Boost.Asio 或自建事件循环中，协程如何替代传统的回调地狱（Callback Hell），从而编写出更清晰的异步逻辑流。 --- 目标读者与本书价值 本书《现代 C++ 实践指南：性能优化与并发编程》特别适合以下人群： 1. 有经验的 C/C++ 开发者： 希望从“能用” C++ 升级到“精通”现代 C++，并希望解决现有代码库中的性能瓶颈。 2. 系统级软件工程师： 需要深入理解内存模型、线程同步，以便编写操作系统、编译器或高性能计算（HPC）代码的专业人士。 3. 希望准备高级面试的程序员： 对 C++ 语言底层机制（如移动语义、原子操作）有深入理解的开发者，将在技术面试中脱颖而出。 本书的独特之处在于其实践导向和深度。 每章都配有经过性能分析工具验证的代码示例，并辅以详尽的“为什么这样做更好”的分析，确保读者不仅学会了语法，更掌握了 C++ 编程背后的工程哲学。通过本书的学习，读者将能够自信地驾驭 C++ 语言的复杂性，构建出既强大又高效的下一代软件系统。