Ekstremalny kod w języku C Barczewo

Jeśli uważasz, że język C dawno został odłożony do lamusa, jesteś w błędzie. Wielu inżynierów oprogramowania o nim zapomniało, jednak C wciąż cieszy się popularnością. Jest przy tym uważany za dość trudny język programowania, gdyż samo opanowanie jego składni to za mało, aby efektywnie go wykorzystywać. Właśnie dlatego ceni się programistów z wnikliwym i naukowym podejściem do reguł i praktyk. Tylko wtedy można wykorzystać możliwości języka C do tworzenia efektywnych systemów. W tym celu profesjonalny programista C musi tworzyć kod na bardzo wysokim poziomie. To książka przeznaczona dla programistów, którzy chcą stać się ekspertami języka C. Przedstawia zasady pracy z dyrektywami preprocesora, makrami, kompilacją warunkową i ze wskaźnikami. Omawia ważne aspekty projektowania algorytmów, funkcji i struktur. Sporo miejsca poświęcono tu kwestii uzyskiwania maksimum wydajności z aplikacji działających w środowisku o ograniczonych zasobach. Starannie opisano, jak C współpracuje z systemem Unix, w jaki sposób zaimplementowano reguły zorientowane obiektowo w języku C, a także jak wykorzystać wieloprocesowość. To świetny materiał bazowy do samodzielnego badania, zadawania pytań i eksperymentowania z kodem. W książce między innymi: zaawansowane elementy języka C struktury pamięci i proces kompilacji programowanie zorientowane obiektowo w proceduralnym kodzie C tworzenie kodu na niskim poziomie współbieżność, wielowątkowość i integracja z innymi językami programowania testy jednostkowe i debugowanie oraz komunikacja międzyprocesowa Programowanie w C: przejdź na najwyższy poziom! Spis treści: O autorze 11 O recenzentach technicznych 13 Wprowadzenie 15 Rozdział 1. Funkcje podstawowe 23 Dyrektywy preprocesora 25 Makra 26 Kompilacja warunkowa 39 Wskaźniki zmiennych 42 Składnia 43 Operacje arytmetyczne na wskaźnikach zmiennych 45 Wskaźniki ogólne 48 Wielkość wskaźnika 51 Zapomniany wskaźnik 51 Wybrane informacje szczegółowe dotyczące funkcji 54 Anatomia funkcji 54 Waga projektu 55 Zarządzanie stosem 55 Przekazywanie przez wartość kontra przekazywanie przez referencję 56 Wskaźniki funkcji 59 Struktury 61 Dlaczego struktura? 62 Dlaczego typ zdefiniowany przez użytkownika? 62 Jakie możliwości oferuje struktura? 63 Układ pamięci 64 Struktury zagnieżdżone 68 Wskaźniki struktur 69 Podsumowanie 70 Rozdział 2. Od kodu źródłowego do pliku binarnego 73 Proces kompilacji 74 Kompilacja projektu w języku C 76 Etap 1. Uruchomienie preprocesora 83 Etap 2. Kompilacja 84 Etap 3. Uruchomienie asemblera 87 Etap 4. Linkowanie 90 Preprocesor 93 Kompilator 97 Drzewo składniowe 98 Asembler 100 Linker 101 Jak działa linker? 102 Można oszukać linkera! 110 Dekorowanie nazw C++ 114 Podsumowanie 116 Rozdział 3. Pliki obiektowe 117 Interfejs binarny aplikacji 118 Formaty plików obiektowych 120 Relokowane pliki obiektowe 121 Wykonywalne pliki obiektowe 126 Biblioteki statyczne 130 Biblioteki dynamiczne 138 Ręczne wczytywanie bibliotek współdzielonych 143 Podsumowanie 145 Rozdział 4. Struktura pamięci procesu 147 Układ pamięci procesu 148 Określanie struktury pamięci 149 Analiza statycznego układu pamięci 150 Segment BSS 152 Segment data 154 Segment text 158 Analiza dynamicznego układu pamięci 160 Mapowanie pamięci 161 Segment stack 165 Segment sterty 167 Podsumowanie 170 Rozdział 5. Stos i sterta 173 Stos 174 Analizowanie stosu 175 Kwestie związane z używaniem pamięci stosu 182 Sterta 185 Alokacja i zwalnianie pamięci na stercie 187 Reguły dotyczące pamięci sterty 196 Zarządzanie pamięcią w ograniczonym środowisku 199 Środowiska o ograniczonej ilości pamięci 200 Środowisko charakteryzujące się większą wydajnością działania 202 Podsumowanie 208 Rozdział 6. Programowanie zorientowane obiektowo i hermetyzacja 211 Myślenie w sposób zorientowany obiektowo 214 Koncepcje myślowe 215 Mapowanie idei w głowie i modele obiektowe 216 Obiekty nie znajdują się w kodzie 218 Atrybuty obiektu 219 Domena 220 Relacje między obiektami 221 Operacje zorientowane obiektowo 222 Obiekt ma zdefiniowane zachowanie 224 Dlaczego język C nie jest zorientowany obiektowo? 225 Hermetyzacja 226 Hermetyzacja atrybutu 226 Hermetyzacja zachowania 229 Ukrywanie informacji 239 Podsumowanie 246 Rozdział 7. Kompozycja i agregacja 247 Związki między klasami 247 Obiekt kontra klasa 248 Kompozycja 250 Agregacja 256 Podsumowanie 263 Rozdział 8. Dziedziczenie i polimorfizm 265 Dziedziczenie 266 Natura dziedziczenia 267 Polimorfizm 281 Czym jest polimorfizm? 281 Do czego jest potrzebny polimorfizm? 284 Jak w języku C zaimplementować zachowanie polimorficzne? 285 Podsumowanie 292 Rozdział 9. Abstrakcja i programowanie zorientowane obiektowo w C++ 293 Abstrakcja 294 Zorientowane obiektowo konstrukcje w C++ 297 Hermetyzacja 298 Dziedziczenie 301 Polimorfizm 306 Klasa abstrakcyjna 309 Podsumowanie 311 Rozdział 10. UNIX - historia i architektura 313 Historia systemu UNIX 314 Systemy operacyjne Multics i UNIX 314 Języki BCPL i B 316 Droga do powstania języka C 317 Architektura systemu UNIX 318 Filozofia systemu UNIX 319 Warstwy systemu UNIX 320 Interfejs powłoki dla aplikacji użytkownika 323 Interfejs jądra do warstwy powłoki 327 Jądro 333 Sprzęt 337 Podsumowanie 339 Rozdział 11. Jądro i wywołania systemowe 341 Wywołania systemowe 342 Wywołania systemowe pod mikroskopem 342 Pominięcie standardu C - bezpośrednie wykonanie wywołania systemowego 344 Wewnątrz funkcji wywołania systemowego 346 Dodanie nowego wywołania systemowego do systemu Linux 348 Jądro systemu UNIX 361 Jądro monolityczne kontra mikrojądro 362 Linux 364 Moduły jądra 364 Podsumowanie 370 Rozdział 12. Najnowsza wersja C 371 C11 372 Określenie obsługiwanej wersji standardu języka C 372 Usunięcie funkcji gets() 374 Zmiany wprowadzone w funkcji fopen() 374 Funkcje sprawdzające granice bufora 376 Funkcja niekończąca działania 377 Makra typu generycznego 378 Unicode 378 Unie i struktury anonimowe 384 Wielowątkowość 386 Słowo o standardzie C18 386 Podsumowanie 386 Rozdział 13. Współbieżność 389 Wprowadzenie do współbieżności 390 Równoległość 391 Współbieżność 392 Jednostka zarządcy zadań 393 Procesy i wątki 395 Ograniczenie typu "zachodzi wcześniej" 396 Kiedy należy używać współbieżności 398 Stan współdzielony 405 Podsumowanie 410 Rozdział 14. Synchronizacja 411 Problemy związane ze współbieżnością 412 Wrodzone problemy ze współbieżnością 413 Problemy pojawiające się po synchronizacji 423 Techniki synchronizacji 424 Techniki busy-waiting i spinlock 425 Mechanizm uśpienia-powiadomienia 428 Semafory i muteksy 431 Wiele jednostek procesora 436 Blokada typu spinlock 441 Zmienne warunkowe 442 Współbieżność w standardzie POSIX 444 Obsługa współbieżności przez jądro 445 Wieloprocesowość 447 Wielowątkowość 450 Podsumowanie 451 Rozdział 15. Wykonywanie wątków 453 Wątki 454 Wątki POSIX 457 Tworzenie wątków POSIX 458 Przykład stanu wyścigu 463 Przykład wyścigu danych 471 Podsumowanie 474 Rozdział 16. Synchronizacja wątków 477 Kontrola współbieżności w standardzie POSIX 478 Muteksy POSIX 478 Zmienne warunkowe POSIX 481 Bariery POSIX 485 Semafory POSIX 487 Wątki POSIX i pamięć 495 Pamięć stosu 495 Pamięć sterty 500 Widoczność pamięci 504 Podsumowanie 506 Rozdział 17. Wykonywanie procesów 507 API wykonywania procesu 507 Tworzenie procesu 510 Wykonywanie procesu 515 Porównanie tworzenia procesu i wykonywania procesu 517 Procedura wykonania procesu 518 Stan współdzielony 519 Techniki współdzielenia 520 Pamięć współdzielona w standardzie POSIX 522 System plików 531 Wielowątkowość kontra wieloprocesowość 534 Wielowątkowość 534 Wieloprocesowość w pojedynczym komputerze 535 Wieloprocesowość rozproszona 535 Podsumowanie 536 Rozdział 18. Synchronizacja procesów 537 Kontrola współbieżności w pojedynczym hoście 538 Nazwane semafory POSIX 539 Nazwane muteksy 543 Przykład pierwszy 543 Przykład drugi 547 Nazwane zmienne warunkowe 556 Etap 1. Klasa pamięci współdzielonej 557 Etap 2. Klasa współdzielonego licznika w postaci 32-bitowej liczby całkowitej 560 Etap 3. Klasa muteksu współdzielonego 562 Etap 4. Klasa współdzielonej zmiennej warunkowej 565 Etap 5. Logika funkcji main() 568 Kontrola współbieżności rozproszonej 572 Podsumowanie 574 Rozdział 19. Gniazda i IPC w pojedynczym hoście 577 Techniki IPC 578 Protokół komunikacyjny 580 Cechy charakterystyczne protokołu 582 Sekwencyjność 584 Komunikacja w pojedynczym hoście 584 Deskryptory plików 585 Sygnały POSIX 585 Potoki POSIX 589 Kolejka komunikatów POSIX 592 Gniazda domeny systemu UNIX 594 Wprowadzenie do programowania gniazd 595 Sieci komputerowe 595 Na czym polega programowanie gniazda? 607 Podsumowanie 614 Rozdział 20. Programowanie oparte na gniazdach 615 Podsumowanie informacji o programowaniu gniazd 616 Projekt kalkulatora 618 Hierarchia kodu źródłowego 619 Zbudowanie projektu 623 Uruchomienie projektu 623 Protokół aplikacji 624 Biblioteka serializacji i deserializacji 627 Usługa kalkulatora 632 Gniazda domeny systemu UNIX 634 Serwer strumienia UDS 634 Klient strumienia UDS 641 Serwer datagramu nasłuchujący na gnieździe UDS 644 Klient datagramu używającego gniazda UDS 648 Gniazda sieciowe 650 Serwer TCP 650 Klient TCP 652 Serwer UDP 653 Klient UDP 654 Podsumowanie 655 Rozdział 21. Integracja z innymi językami programowania 657 Dlaczego integracja w ogóle jest możliwa? 658 Pobranie niezbędnych materiałów 659 Biblioteka stosu 660 Integracja z C++ 666 Dekorowanie nazw w C++ 667 Kod C++ 669 Integracja z Javą 673 Utworzenie kodu w Javie 674 Przygotowanie części natywnej 679 Integracja z Pythonem 686 Integracja z Go 689 Podsumowanie 692 Rozdział 22. Testy jednostkowe i debugowanie 695 Testowanie oprogramowania 696 Poziomy testowania 697 Testy jednostkowe 698 Dublery używane podczas testów 706 Testowanie komponentu 707 Biblioteki testowania kodu w C 709 Framework CMocka 710 Google Test 718 Debugowanie 722 Kategorie błędów 724 Debugery 724 Narzędzia profilowania pamięci 726 Debugery wątków 728 Narzędzia do profilowania wydajności działania 729 Podsumowanie 730 Rozdział 23. Systemy kompilacji 731 Czym jest system kompilacji? 732 Make 733 CMake - to nie jest system kompilacji! 740 Ninja 745 Bazel 747 Porównanie systemów kompilacji 750 Podsumowanie 750 Epilog 751 O autorze: Kamran Amini specjalizuje się w programowaniu jądra systemu operacyjnego i tworzeniu rozwiązań osadzonych. Pracował dla wielu doskonale znanych firm irańskich. Pasjonuje się teorią obliczeń, systemami rozproszonymi, uczeniem maszynowym i informatyką kwantową. Interesuje się również powstaniem wszechświata, geometrią czarnych dziur, kwantową teorią pola i teorią strun.