新书速览|C++编程之禅:从理论到实践

《C++编程之禅:从理论到实践》

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本书内容

《C++编程之禅:从理论到实践》是一部全面系统介绍C++编程语言的高级教程，旨在帮助读者深入理解C++的设计哲学和编程技巧。《C++编程之禅:从理论到实践》从C++的基础设计原则出发，详细地探讨了封装、继承、模板等核心概念，并介绍了C++20和C++23引入的一些现代特性。书中不仅讲解了C++的基本语法和结构，还探讨了类型系统、内存模型、并发编程、设计模式、架构策略以及性能分析等高级主题，并展示了诸多最佳实践供开发者参考。

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本书作者

刘志宇，资深软件工程师，专精于C/C++及Linux开发领域。凭借超过7年的嵌入式Linux C++开发经历，他积累了深厚的C++编程实战经验。此外，他还撰写了1000多篇软件开发教程博客，分享其丰富的编程知识和技术见解。

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本书读者

适合初识C++的新手和求知若渴的资深开发者。

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本书目录

第 1 章  C++的艺术与科学：设计哲学概览 1

1.1  导语：探索C++的设计哲学 1

1.2  C++的设计目标与原则 1

1.2.1  高性能与效率 1

1.2.2  资源管理 2

1.2.3  多范式支持 2

1.2.4  零开销原则 3

1.2.5  应用设计原则于编程实践 4

1.3  C++的演进对编程技巧与原则的影响 5

1.3.1  初始阶段和标准化之路 6

1.3.2  主要版本和特性 6

1.3.3  设计技巧的演化 12

1.3.4  对未来的展望 13

1.4  C++标准与实践：跨环境的支持与协作 14

1.4.1  语言核心与库的融合：跨编译器视角 15

1.4.2  编译器的多样性与选择：适应多操作系统 16

1.4.3  开发环境的选择与策略：优化开发体验 19

1.5  小结 21

第 2 章  构筑C++的基石：核心设计技巧与原则 22

2.1  导语：多范式编程的艺术与哲学 22

2.2  C++的结构哲学：封装与类的精细设计 22

2.2.1  封装的艺术：C++设计哲学的体现 22

2.2.2  封装的三重境界：访问控制、抽象和信息隐藏 23

2.2.3  实践中的封装：C++的实现策略 27

2.2.4  友元函数与友元类：特殊访问权的考量 47

2.2.5  封装在设计模式中的角色：加强类的设计 55

2.3  函数的艺术：效率、灵活性与表达力 55

2.3.1  基础概念：函数的组成部分 56

2.3.2  参数传递深度解析：从基础到高阶 56

2.3.3  函数的行为调整：修饰符与作用域 66

2.3.4  属性规范序列：现代C++的编译指示 84

2.3.5  递归的魅力：自我调用的艺术 86

2.3.6  内建函数：语言的功臣 90

2.3.7  增强代码表达力：操纵符与函数技巧 92

2.3.8  函数的可重入性：并发编程的基石 96

2.3.9  现代C++风格：Lambda表达式与函数对象 100

2.4  动态行为的哲学：继承与多态 107

2.4.1  继承：多样性的建构基础 108

2.4.2  多态：灵活性与接口的艺术 117

2.4.3  综合案例：贯彻C++多态思维 134

2.4.4  小结：多态的艺术与实践 139

2.5  泛型的力量：模板编程哲学 139

2.5.1  模板基础：泛化编程的入门 139

2.5.2  模板的高级应用与技巧：掌握泛型编程的精髓 155

2.5.3  模板与设计：构筑高效且可复用的代码结构 165

2.6  管理资源的艺术：智能指针的解析 175

2.6.1  智能指针的设计与实现：自动化资源管理 176

2.6.2  智能指针的使用技巧：优化资源管理的策略 184

2.7  探索底层：C++的编译与内存排列 191

2.7.1  深入理解C++编译过程：从源代码到可执行文件的转换阶段 191

2.7.2  编译器的符号解析与绑定：C++代码中的名称和地址关联机制 201

2.7.3  C++内存排列详解：理解和操作内存区域 207

2.7.4  虚拟内存分段机制：管理和优化C++应用的内存空间 214

2.8  小结 221

第 3 章  精进C++技艺：提升设计与编码技巧 223

3.1  导语：深化C++设计与编码的艺术 223

3.2  理解C++的初始化机制 223

3.2.1  C语言中的初始化方式 223

3.2.2  C++中的初始化 226

3.2.3  特殊场景的初始化 230

3.2.4  代码设计中的初始化策略 237

3.3  生命周期的管理与销毁技巧 240

3.3.1  生命周期的基本概念 240

3.3.2  生命周期的控制技巧 241

3.3.3  生命周期与资源管理 243

3.3.4  高级生命周期管理技术 245

3.4  异常处理：深入C++的安全机制 247

3.4.1  异常处理的重要性 247

3.4.2  异常处理基础 248

3.4.3  异常的类型与层次 249

3.4.4  异常的捕获规则 253

3.4.5  设计安全的异常处理代码 255

3.4.6  抛出异常与返回错误码 260

3.4.7  异常处理的高级技巧 261

3.4.8  深入底层：探索C++异常原理 263

3.4.9  探索C++23错误机制的新纪元 265

3.5  灵活处理可变参数 267

3.5.1  可变参数函数的基础 267

3.5.2  使用可变参数模板增强灵活性 271

3.5.3  可变参数模板的进阶技巧 275

3.5.4  可变参数模板类的实际应用 287

3.5.5  使用std::optional处理可选参数 289

3.5.6  使用std::variant实现类型安全的联合体 290

3.5.7  使用std::any存储任意类型的数据 292

3.5.8  如何选择合适的技术来实现可变参数 294

3.6  C++中的可调用对象 296

3.6.1  函数指针与成员函数指针 296

3.6.2  函数对象与Lambda表达式 298

3.6.3  std::function和std::bind 299

3.6.4  综合对比C++中的可调用对象 310

3.7  高级文件和数据流操作：掌握C++的I/O技术 311

3.7.1  现代文件处理：C++17文件系统库 311

3.7.2  数据交换技术：缓冲与映射 313

3.7.3  文件定位与访问：随机访问与流控制 316

3.7.4  处理文件编码问题：确保C++应用的国际化与本地化 317

3.7.5  处理和存储不同进制的数据：C++中的数制转换技术 319

3.7.6  数据序列化与网络传输 321

3.7.7  字节序在数据交换和网络传输中的应用 323

3.8  自定义工具的实现 329

3.8.1  自定义迭代器 329

3.8.2  自定义哈希函数 334

3.8.3  自定义智能指针删除器 337

3.8.4  表达式模板 338

第 4 章  类型精粹：深化C++类型系统的理解 344

4.1  导语：探索C++类型系统的奥秘 344

4.2  类型系统基础 344

4.2.1  C++中的类型系统 344

4.2.2  类型的属性 346

4.2.3  类型安全概述 349

4.3  类型别名与类型转换 351

4.3.1  使用typedef和using 351

4.3.2  C/C++类型转换 354

4.4  类型特征探究：编译时类型判断的艺术 366

4.4.1  类型系统的深入探索 367

4.4.2  C++中的类型修饰符和类型转换工具 369

4.4.3  C++类型特征中的核心概念与实用技巧 373

4.4.4  实战案例：利用类型特征操作强枚举类型 381

4.5  类型推导深度解析 384

4.5.1  使用auto关键字 384

4.5.2  使用decltype关键字 386

4.5.3  尾返回类型的应用 387

4.6  探索运行时类型信息 388

4.6.1  基础RTTI工具 388

4.6.2  RTTI的应用与局限 390

4.6.3  类型消除的实现方式 391

4.6.4  自定义RTTI系统 394

4.7  高级类型技巧与模式 395

4.7.1  使用SFINAE原则 395

4.7.2  类型转换与萃取技巧 397

4.7.3  编译时断言和检查技术 398

第 5 章  并发的细语：掌握C++内存模型与并发编程 401

5.1  导语：探索并发编程的核心概念 401

5.2  并发编程基础 401

5.2.1  C++并发技术 401

5.2.2  理解并发概念 402

5.2.3  C++内存模型概述 406

5.2.4  线程管理 407

5.3  原子操作与同步机制 415

5.3.1  原子操作基础 415

5.3.2  内存顺序与原子操作 417

5.3.3  同步原语 426

5.4  锁的策略与优化技巧 438

5.4.1  锁的类型与选择 438

5.4.2  锁的粒度与性能优化 443

5.5  并发设计模式 445

5.5.1  无锁编程 445

5.5.2  并发设计模式 448

5.6  协程：C++中的现代并发编程 454

5.6.1  协程的基础 454

5.6.2  协程与线程的对比 455

5.6.3  C++20中的协程 455

5.6.4  协程的生命周期管理 456

5.6.5  实例：使用协程处理异步任务 457

5.6.6  C++23中的协程增强 459

5.7  事件驱动模型 460

5.7.1  事件驱动模型的定义与特点 461

5.7.2  事件驱动模型的组成 461

5.7.3  事件驱动模型的实现探索 463

5.7.4  异步事件处理库的探索：Boost.Asio和libevent 467

5.8  并发工具与技术 472

5.8.1  使用std::call_once实现线程安全的延迟初始化 472

5.8.2  线程局部存储 473

5.8.3  并发工具与算法 474

5.8.4  并发框架的应用 476

5.9  线程池的设计 477

5.9.1  线程池的基本概念及其解决的问题 477

5.9.2  线程池的设计模式 477

5.9.3  线程池的基本设计思路 479

5.9.4  线程池的基本技能及其实现手段 480

5.9.5  线程池的扩展功能设计思路 485

第 6 章  设计哲学实践：编程范式、原则与实际应用 494

6.1  导语：探索设计哲学与跨平台策略 494

6.2  C++编程范式及其应用 494

6.2.1  范式概览 494

6.2.2  选择合适的编程范式 496

6.2.3  C++编程范式应用案例 497

6.2.4  探索CRTP：C++中的模板奇技 501

6.3  设计原则与解耦策略 503

6.3.1  单一职责原则 505

6.3.2  开闭原则 507

6.3.3  里氏替换原则 510

6.3.4  接口隔离原则 513

6.3.5  依赖倒置原则 516

6.3.6  DRY、KISS、YAGNI原则：提高代码质量的金科玉律 519

6.3.7  PIMPL模式：封装实现细节以减少编译依赖 521

6.3.8  依赖注入：提高模块解耦性的策略 524

6.3.9  设计原则与解耦策略小结 528

6.4  跨平台复用设计 529

6.4.1  设计跨平台接口 529

6.4.2  使用预处理器支持多平台 530

6.4.3  抽象化硬件依赖 535

6.4.4  依赖管理和模块化 544

6.4.5  泛型编程与代码复用 545

6.5  编程规范与代码维护 546

6.5.1  制定编程规范 546

6.5.2  代码审查的实施 551

6.5.3  自动化测试的角色 552

6.5.4  版本控制最佳实践 553

6.5.5  持续集成与持续部署 554

第 7 章  架构之道：C++设计模式与架构策略 556

7.1  导语：铺垫设计的哲学之路 556

7.2  创建型设计模式：塑造对象的艺术 557

7.2.1  单例模式：独一无二的存在 557

7.2.2  工厂方法模式：定制的工厂线 562

7.2.3  抽象工厂模式：构建对象的生态系统 564

7.2.4  建造者模式：精细构造的艺术 570

7.2.5  原型模式：复制的力量 572

7.2.6  小结：创造性模式的合奏 574

7.3  结构型设计模式：编织代码的架构网 576

7.3.1  结构型设计模式：优化组合与系统灵活性 576

7.3.2  界面与实现分离：桥接和适配器的协同舞蹈 576

7.3.3  对象组合：装配艺术中的组合与装饰 585

7.3.4  简化接口和共享对象：外观与享元的双重奏 592

7.3.5  代理模式：智能控制与资源管理的守门人 601

7.3.6  小结：结构型设计模式的协同与实效 607

7.4  行为型设计模式：激活对象的行为剧本 608

7.4.1  响应变化：观察者模式在事件驱动系统中的应用 609

7.4.2  解耦请求与处理：责任链模式在复杂业务流程中的运用 625

7.4.3  封装与交换：掌握命令和策略模式的独特运用 630

7.4.4  跟踪与回滚：备忘录模式在状态管理中的应用 639

7.4.5  行为的动态变化：模板方法与状态模式的精确应用 643

7.4.6  结构访问与操作：访问者模式的策略与实践 651

7.4.7  语言的规则与解释：解释器模式的核心原理 656

7.4.8  协调复杂交互：中介者模式在系统设计中的应用 661

7.4.9  遍历与控制：迭代器模式在集合操作中的精妙运用 665

7.4.10  小结：行为型模式的编织 669

7.5  架构设计的原则与实践：构建稳健可靠的软件之道 670

7.5.1  组件化架构：模块化的C++实践 671

7.5.2  事件驱动架构：响应式C++程序设计 682

7.5.3  微服务架构：分布式C++服务的优化策略 686

7.5.4  层次架构：C++中的分层逻辑设计 692

7.5.5  管道与过滤器架构：流式处理在C++中的应用 701

7.5.6  综合探索与实践指南：C++中的架构策略 704

第 8 章  性能的追求：优化C++应用的艺术与技术 720

8.1  导语：探索性能优化的哲学之旅 720

8.2  掌握性能分析工具 720

8.2.1  编译器优化参数 720

8.2.2  性能分析方法 727

8.2.3  热点代码分析 731

8.2.4  性能分析工具综合应用总结 732

8.3  代码优化：提升性能的核心技术 733

8.3.1  算法与数据结构的选择 733

8.3.2  循环与逻辑的优化 736

8.3.3  数据访问的性能考量：值拷贝、引用和移动语义 741

8.3.4  特殊类型的数据访问优化 743

8.3.5  就地构造与内存管理 747

8.3.6  CPU缓存效率优化 750

8.3.7  智能指针的合理使用 754

8.3.8  返回值优化：RVO与NRVO 755

8.3.9  并发与并行的优化 756

8.4  编译器优化：深入编译器的性能调节 758

8.4.1  编译器优化概述 758

8.4.2  优化的影响因素 759

8.4.3  编译器优化技术详解 759

8.4.4  辅助编译器优化 761

8.5  系统与环境优化：操作系统和硬件的性能调整 762

8.5.1  操作系统调优 762

8.5.2  硬件亲和性 763

8.5.3  I/O性能优化 763

8.5.4  虚拟化与容器优化 764

8.5.5  环境监控与自动调整 765

8.5.6  Windows环境下的性能优化策略 766

8.6  总结：C++性能优化的策略与实践 767

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本书特色

本文摘自《C++编程之禅:从理论到实践》，获出版社和作者授权发布。

C++编程之禅：从理论到实践-JD