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《C专家编程》可以帮助有一定经验的C程序员成为C编程方面的专家,对于具备相当的C语言基础的程序员,《C专家编程》可以帮助他们站在C的高度了解和学习C++。书本撷取了几十个实例,细致、深入地讲解了C的历史、语言特性、声明、数组、指针、链接、运行时、内存以及分析了如何进一步学习C++等问题。《C专家编程》是一本ANSIC编程语言的高级读本。它适用于已经编写过C程序的人,以及那些想迅速获取一些专家观点和技巧的人。
专家级的C编程指南展示C程序员的编程技巧。
即使你读过AndyKoneig的《C陷阱与缺陷》,你还是应该看看PeterVanDerLinden的书。我想,他们两人的书称都应该千方百计的搞到,如获至宝地捧读。如果我是你的上司,这是必须的要求。
内容简介
《C和C++经典著作 C专家编程Expert C Programming Deep C Secrets》展示了C程序员所使用的编码技巧,并专门开辟了一章对C++的基础知识进行了介绍。书中C的历史、语言特性、声明、数组、指针、链接、运行时、内存以及如何进一步学习C++等问题进行了细致的讲解和深入的分析。全书撷取几十个实例进行讲解,对C程序员具有非常高的实用价值。《C和C++经典著作?C专家编程Expert C Programming Deep C Secrets》可以帮助有一定经验的C程序员成为C编程方面的专家,对于具备相当的C语言基础的程序员,《C和C++经典著作 C专家编程Expert C Programming Deep C Secrets》可以帮助他们站在C的高度了解和学习C++。
内页插图
目录
第1章 C:穿越时空的迷雾
1.1 C语言的史前阶段
1.2 C语言的早期体验
1.3 标准I/O库和C预处理器
1.4 K&R; C
1.5 今日之ANSI C
1.6 它很棒,但它符合标准吗
1.7 编译限制
1.8 ANSI C标准的结构
1.9 阅读ANSI C标准,寻找乐趣和裨益
1.10 “安静的改变”究竟有多少安静
1.11 轻松一下——由编译器定义的Pragmas效果
第2章 这不是Bug,而是语言特性
2.1 这关语言特性何事,在Fortran里这就是Bug呀
2.2 多做之过
2.3 误做之过
2.4 少做之过
2.5 轻松一下——有些特性确实就是Bug
2.6 参考文献
第3章 分析C语言的声明
3.1 只有编译器才会喜欢的语法
3.2 声明是如何形成的
3.3 优先级规则
3.4 通过图表分析C语言的声明
3.5 typedef可以成为你的朋友
3.6 typedef int x[10]和#define x int[10]的区别
3.7 typedef struct foo{ ... foo; }的含义
3.8 理解所有分析过程的代码段
3.9 轻松一下——驱动物理实体的软件
第4章 令人震惊的事实:数组和指针并不相同
4.1 数组并非指针
4.2 我的代码为什么无法运行
4.3 什么是声明,什么是定义
4.4 使声明与定义相匹配
4.5 数组和指针的其他区别
4.6 轻松一下——回文的乐趣
第5章 对链接的思考
5.1 函数库、链接和载入
5.2 动态链接的优点
5.3 函数库链接的5个特殊秘密
5.4 警惕Interpositioning
5.5 产生链接器报告文件
5.6 轻松一下——看看谁在说话:挑战Turing测验
第6章 运动的诗章:运行时数据结构
6.1 a.out及其传说
6.2 段
6.3 操作系统在a.out文件里干了些什么
6.4 C语言运行时系统在a.out里干了些什么
6.5 当函数被调用时发生了什么:过程活动记录
6.6 auto和static关键字
6.7 控制线程
6.8 setjmp和longjmp
6.9 UNIX中的堆栈段
6.10 MS-DOS中的堆栈段
6.11 有用的C语言工具
6.12 轻松一下——卡耐基-梅隆大学的编程难题
6.13 只适用于高级学员阅读的材料
第7章 对内存的思考
7.1 Intel 80x86系列
7.2 Intel 80x86内存模型以及它的工作原理
7.3 虚拟内存
7.4 Cache存储器
7.5 数据段和堆
7.6 内存泄漏
7.7 总线错误
7.8 轻松一下——“Thing King”和“页面游戏”
第8章 为什么程序员无法分清万圣节和圣诞节
8.1 Portzebie度量衡系统
8.2 根据位模式构筑图形
8.3 在等待时类型发生了变化
8.4 原型之痛
8.5 原型在什么地方会失败
8.6 不需要按回车键就能得到一个字符
8.7 用C语言实现有限状态机
8.8 软件比硬件更困难
8.9 如何进行强制类型转换,为何要进行类型强制转换
8.10 轻松一下——国际C语言混乱代码大赛
第9章 再论数组
9.1 什么时候数组与指针相同
9.2 为什么会发生混淆
9.3 为什么C语言把数组形参当作指针
9.4 数组片段的下标
9.5 数组和指针可交换性的总结
9.6 C语言的多维数组
9.7 轻松一下——软件/硬件平衡
第10章 再论指针
10.1 多维数组的内存布局
10.2 指针数组就是Iliffe向量
10.3 在锯齿状数组上使用指针
10.4 向函数传递一个一维数组
10.5 使用指针向函数传递一个多维数组
10.6 使用指针从函数返回一个数组
10.7 使用指针创建和使用动态数组
10.8 轻松一下——程序检验的限制
第11章 你懂得C,所以C++不在话下
11.1 初识OOP
11.2 抽象——取事物的本质特性
11.3 封装——把相关的类型、数据和函数组合在一起
11.4 展示一些类——用户定义类型享有和预定义类型一样的权限
11.5 访问控制
11.6 声明
11.7 如何调用成员函数
11.8 继承——复用已经定义的操作
11.9 多重继承——从两个或更多的基类派生
11.10 重载——作用于不同类型的同一操作具有相同的名字
11.11 C++如何进行操作符重载
11.12 C++的输入/输出(I/O)
11.13 多态——运行时绑定
11.14 解释
11.15 C++如何表现多态
11.16 新奇玩意——多态
11.17 C++的其他要点
11.18 如果我的目标是那里,我不会从这里起步
11.19 它或许过于复杂,但却是惟一可行的方案
11.20 轻松一下——死亡计算机协会
11.21 更多阅读材料
附录A 程序员工作面试的秘密
附录B 术语表
精彩书摘
C:穿越时空的迷雾
C诡异离奇,缺陷重重,却获得了巨大的成功。
——Dennis Ritchie
1.1 C语言的史前阶段
听上去有些荒谬,C语言的产生竟然源于一个失败的项目。1969年,通用电气、麻省理工学院和贝尔实验室联合创立了一个庞大的项目——Multics工程。该项目的目的是创建一个操作系统,但显然遇到了麻烦:它不但无法交付原先所承诺的快速而便捷的在线系统,甚至连一点有用的东西都没有弄出来。虽然开发小组最终勉强让Multics开动起来,但他们还是陷入了泥淖,就像IBM在OS/360上面一样。他们试图建立一个非常巨大的操作系统,能够应用于规模很小的硬件系统中。Multics成了总结工程教训的宝库,但它同时也为C语言体现“小即是美”铺平了道路。
当心灰意冷的贝尔实验室的专家们撤离Multics工程后,他们又去寻找其他任务。其中一位名叫Ken Thompson的研究人员对另一个操作系统很感兴趣,他为此好几次向贝尔管理层提议,但均遭否决。在等待官方批准时,Thompson和他的同事Dennis Ritchie自娱自乐,把Thompson的“太空旅行”软件移植到不太常用的PDP-7系统上。太空旅行软件模拟太阳系的主要星体,把它们显示在图形屏幕上,并创建了一架航天飞机,它能够飞行并降落到各个行星上。与此同时,Thompson加紧工作,为PDP-7编写了一个简易的新型操作系统。它比Multics简单得多,也轻便得多。整个系统都是用汇编语言编写的。Brian Kemighan在1970年给它取名为UNIX,自嘲地总结了从Multics中获得的那些不应该做的教训。图1—1描述了早期C、UNIX和相关硬件系统的关系。
是先有C语言还是先有UNIX呢?说起这个问题,人们很容易陷入先有鸡还是先有蛋的套套中。确切地说,UNIX比C语言出现得早(这也是为什么UNIX的系统时间是从1970年1月1日起按秒计算的,它就是那时候产生的啊)。然而,我们这里讨论的不是家禽趣闻,而是编程故事。用汇编语言编写UNIX显得很笨拙,在编制数据结构时浪费了大量的时间,而且系统难以调试,理解起来也很困难。Thompson想利用高级语言的一些优点,但又不想像PL/I那样效率低下,也不想碰见在Multics中曾遇到过的复杂问题。在用Fortran进行了一番简短而又不成功的尝试之后,Thompson创建了B语言,他把用于研究的语言BCPL作了简化,使B的解释器能常驻于PDP-7只有8KB大小的内存中。B语言从来不曾真正成功过,因为硬件系统的内存限制,它只允许放置解释器,而不是编译器,由此产生的低效阻碍了使用B语言进行UNIX自身的系统编程。
前言/序言
《精通C与C++:深入底层,洞悉高效编程的奥秘》 内容简介 在这个信息爆炸的时代,软件开发的速度与质量要求不断攀升,对底层系统运作机制的深刻理解,以及对C/C++语言特性精妙的运用,已成为构建高性能、高可靠性软件不可或缺的关键。本书并非一本浅尝辄止的入门指南,而是面向有一定C/C++基础,渴望突破瓶颈、迈向精通的开发者,旨在揭示那些隐藏在语言表象之下,影响程序效率、稳定性和安全性的核心原理与高级技巧。 本书的核心在于“深度”与“实践”。我们不会仅仅罗列语法特性,而是深入探究C/C++在内存管理、指针操作、并发控制、编译器优化等方面的内在逻辑。通过对汇编语言的辅助解读,让读者能够直观地理解C/C++代码在CPU层面是如何执行的,从而精准地把握性能调优的关键点。 第一部分:C语言的精髓与底层窥探 C语言作为系统编程的基石,其强大之处在于其对硬件的直接操控能力。在本部分,我们将从最基础的内存模型出发,深入剖析栈(Stack)、堆(Heap)、全局数据区、常量区等内存区域的生命周期与管理机制。 深入理解指针的本质与危险: 指针是C语言的灵魂,也是许多新手望而却步的难点。本书将从地址、引用、解引用等基本概念出发,层层递进,讲解指针的算术运算、数组与指针的紧密关系、函数指针的应用,以及指向指针的指针。更重要的是,我们将详细分析野指针、悬空指针、内存泄漏等由指针滥用引起的常见问题,并提供系统性的排查与规避方法。例如,我们将演示如何通过`malloc`/`calloc`/`realloc`/`free`的组合拳,高效地管理动态内存,并通过智能指针(虽然C标准库没有原生支持,但我们可以理解其设计思想)的概念,来辅助理解更安全的内存管理模式。 内存布局与数据对齐的奥秘: 程序的性能往往受到数据在内存中布局方式的影响。我们将探讨结构体、联合体在内存中的实际存储情况,以及字节序(Endianness)对跨平台数据交换的重要性。理解数据对齐(Data Alignment)的原理,不仅能帮助开发者编写出更符合CPU硬件架构的代码,还能有效避免因非对齐访问带来的性能损失甚至程序崩溃。例如,我们将通过实例展示如何调整结构体成员的顺序,以达到最佳的内存对齐效果。 预处理器与宏的强大与陷阱: 预处理器是C语言编译过程中的重要一环。我们将深入讲解宏定义、条件编译、头文件包含等指令,并演示如何利用宏实现代码的复用、条件编译以及实现某些高级的元编程技巧。同时,我们也会警示宏使用不当可能带来的作用域问题、副作用叠加以及代码可读性下降等潜在陷阱,并提供使用`const`变量和`inline`函数等替代方案的建议。 位运算与高效代码的实践: 位运算是实现高效算法和进行底层数据操作的利器。本书将系统梳理按位与(`&`)、按位或(`|`)、按位异或(`^`)、按位取反(`~`)、左移(`<<`)和右移(`>>`)等运算符的用法,并通过大量的实际案例,展示位运算在标志位管理、数据压缩、加密算法、位图实现等场景下的应用。例如,我们将演示如何使用位域(Bit Fields)来紧凑地存储一组布尔标志。 类型转换的潜规则与安全边界: C语言提供了多种类型转换方式,从隐式转换到显式转换。我们将深入分析不同类型转换的底层机制,特别是整数提升(Integer Promotion)和算术转换(Arithmetic Conversion)等规则,以及它们可能带来的数据丢失或精度问题。我们将强调在进行类型转换时,务必保持警惕,理解其潜在风险,并优先使用更明确、更安全的转换方式。 第二部分:C++的抽象能力与面向对象精义 C++在C语言的基础上引入了面向对象、泛型编程等高级特性,极大地提升了软件开发的抽象能力和模块化程度。本部分将聚焦C++的核心特性,并将其与底层原理相结合。 对象的生命周期与内存管理: 理解C++对象在内存中的存储方式,包括对象在栈上、堆上(通过`new`/`delete`)、全局/静态存储区中的生命周期,是编写健壮C++代码的基础。我们将深入剖析构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载的调用时机与作用,并重点讲解RAII(Resource Acquisition Is Initialization)原则,以及如何利用其管理资源,避免内存泄漏和句柄泄露。 函数重载、运算符重载与多态的实现原理: 函数重载和运算符重载提供了代码的便利性,而多态则是面向对象编程的核心。我们将揭示函数重载的名称修饰(Name Mangling)机制,理解运算符重载如何改变运算符的默认行为,以及虚函数(Virtual Functions)和虚表(Virtual Table)在实现运行时多态中的关键作用。通过对虚表指针(vptr)的分析,让读者对多态的底层实现有更深刻的认识。 模板元编程与编译期计算: C++模板的强大之处不仅在于泛型编程,更在于其能够执行编译期计算,实现模板元编程(Template Metaprogramming)。我们将探讨模板特化(Template Specialization)、SFINAE(Substitution Failure Is Not An Error)等技术,演示如何利用模板在编译期生成代码、进行类型检查、实现编译期数据结构和算法,从而将某些运行时的计算提前到编译阶段,大幅提升程序效率。 异常处理机制的深度解析: 异常处理是现代编程语言处理错误的重要机制。我们将深入探究C++异常处理的底层实现,包括异常的抛出(throw)、捕获(catch)以及栈展开(Stack Unwinding)的过程。理解栈展开的原理,有助于开发者编写更可靠的错误处理代码,并避免在异常发生时造成资源泄露。 C++标准库的高效运用与定制: STL(Standard Template Library)是C++的重要组成部分。本书将重点讲解STL容器(如`vector`、`list`、`map`、`set`)的内部实现原理、性能特点以及适用场景。我们将深入分析迭代器(Iterators)的设计,并演示如何通过自定义分配器(Allocators)和比较函数,来定制STL容器的行为,以满足特定性能或功能需求。 第三部分:并发、性能优化与安全编程 在多核处理器普及的今天,编写高效且安全的并发程序是软件工程师面临的重要挑战。本部分将聚焦于并发控制、性能优化策略以及提升程序安全性的高级主题。 线程与同步机制: 我们将详细介绍多线程编程的概念,包括线程的创建、销毁、同步与通信。重点讲解互斥锁(Mutex)、条件变量(Condition Variables)、读写锁(Read-Write Locks)、原子操作(Atomic Operations)等同步原语的使用,并分析它们在避免竞态条件(Race Conditions)、死锁(Deadlocks)等并发问题中的作用。通过对实际并发场景的模拟,让读者掌握设计和实现安全高效并发程序的技巧。 内存模型与可见性问题: 现代多核处理器存在缓存一致性问题,这导致了多线程编程中的内存可见性(Memory Visibility)挑战。本书将深入探讨C++内存模型(C++ Memory Model),解释`volatile`关键字的真正含义,以及`std::memory_order`在同步操作中的重要性。理解内存模型,是编写可移植、正确的并发代码的关键。 编译器优化与底层指令: 深入理解编译器如何优化C/C++代码,能够帮助开发者编写更易于优化的代码,并能通过阅读汇编代码来验证和理解优化效果。我们将探讨循环展开、函数内联、死代码消除、寄存器分配等常见的编译器优化技术,并介绍如何使用编译器提供的优化级别选项来控制优化程度。 性能分析工具与瓶颈定位: 掌握性能分析工具是优化代码不可或缺的一环。我们将介绍常用的性能分析工具(如`gprof`、`perf`、Valgrind等),演示如何使用它们来收集程序运行时的性能数据,如函数调用频率、CPU占用率、内存访问模式等,从而快速定位程序的性能瓶颈,并有针对性地进行优化。 安全编程的实践: 软件安全是不可忽视的环节。我们将探讨缓冲区溢出(Buffer Overflow)、格式字符串漏洞(Format String Vulnerabilities)、整数溢出(Integer Overflow)等常见的安全漏洞,并提供相应的防御策略和安全编码实践。例如,我们会演示如何通过边界检查、使用更安全的函数(如`strncpy`代替`strcpy`),以及对用户输入进行严格校验来防范这些漏洞。 本书特色: 理论与实践相结合: 每个概念都配有精心设计的代码示例,力求言简意赅,直观易懂。 深度与广度并存: 覆盖C/C++的核心技术,并触及与之相关的底层原理和高级应用。 面向问题驱动: 针对开发者在实际开发中遇到的常见痛点和难点,提供系统性的解决方案。 注重细节与思考: 引导读者养成深入思考、严谨编码的习惯,成为一名真正意义上的“专家”。 阅读本书,您将不仅掌握C/C++语言本身,更能理解其背后的运行机制,洞悉高效编程的奥秘,从而自信地驾驭复杂项目,构建出高性能、高可靠性的软件系统。