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本書共分為14 章，包括C++概述，C++必b備技能，分析和度量性能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，算法，范圍和視圖，內(nèi)存管理，編譯時(shí)編程，Utilities 基礎(chǔ)，代理對(duì)象和惰性求值，并發(fā)，協(xié)程和惰性生成器，用協(xié)程進(jìn)行異步編程和并行算法。

本書期望你具備基本的C++和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)知識(shí)，并對(duì)提升自身專業(yè)技能真正感興趣。希望閱讀本書后，能對(duì)如何在性能和語法上改進(jìn)自己的C++代碼有更深入的認(rèn)識(shí)。

前言

現(xiàn)今的C++語言為開發(fā)者提供了“編寫富有表現(xiàn)力和健壯性代碼的能力，同時(shí)幾乎可在所有硬件平臺(tái)上運(yùn)行，并滿足關(guān)鍵性能要求”。這使得C++成為一門獨(dú)特的語言。在過去幾年中，C++已經(jīng)演變?yōu)橐环N現(xiàn)代化語言，使用更加有趣，并具有更實(shí)用的默認(rèn)功能。

本書的目標(biāo)是，為你奠定編寫高效應(yīng)用程序堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并深入了解現(xiàn)代C++中實(shí)現(xiàn)庫的策略。與講述C++的歷史相比，我更傾向于以實(shí)踐為導(dǎo)向的形式介紹當(dāng)前C++的運(yùn)行方式，包括其組成部分以及在C++17 和C++20 中引入的特性。

考慮到C++20 中新增的特性，在編寫本書時(shí)，我引入了能夠與本書內(nèi)容和重點(diǎn)相吻合的新特性。新特性更多的是關(guān)于概念的介紹，包含了少量的最佳實(shí)踐和經(jīng)過驗(yàn)證的解決方案。

在本書出版時(shí)，編譯器對(duì)書中介紹的一些C++20 特性的支持仍處于試驗(yàn)階段。如果在出版日期閱讀，可能需要一段時(shí)間才會(huì)被編譯器完全支持。

此外，本書的許多章節(jié)難度跨度較大。它們從絕對(duì)的基礎(chǔ)知識(shí)開始，一直延伸到高級(jí)主題，如自定義內(nèi)存分配器。你可以隨時(shí)跳過某一節(jié)，以后再來學(xué)習(xí)。除了前三章之外，大多數(shù)章節(jié)都可以獨(dú)立閱讀。

我們主要的技術(shù)審校者Timur Doumler 對(duì)本書的新版本影響深遠(yuǎn)。他的熱情和積極的反饋?zhàn)尡緯谝话娴牟糠謨?nèi)容得以重新修訂，呈現(xiàn)出更徹底、更深入地講解。C++20 的新特性自然地融入各章，Timur 也是重要的貢獻(xiàn)者。此外，Arthur O'Dwyer、Marius Bancila 和Lewis Baker 也審校了該書的部分內(nèi)容。有如此多出色的審校者們參與到這個(gè)項(xiàng)目中，著實(shí)是件令人高興的事情。希望你喜歡這個(gè)新版本，就像我享受編寫它一樣。

本書的目標(biāo)讀者

本書期望讀者具備基本的C++和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)知識(shí)，并對(duì)提升自身專業(yè)技能真正感興趣。希望閱讀本書后，能對(duì)如何在性能和語法上改進(jìn)自己的C++代碼有更深入的認(rèn)識(shí)。此外，希望你在閱讀本書時(shí)，能夠有一些頓悟時(shí)刻。

本書涵蓋的內(nèi)容

第1 章，C++概述，介紹了C++的重要特性，如零成本抽象、值語義、常量正確性、顯式所有權(quán)和錯(cuò)誤處理。同時(shí)，本章還探討了C++的缺點(diǎn)。

第2 章，C++必b備技能，描述了使用auto 進(jìn)行自動(dòng)類型推導(dǎo)、lambda 函數(shù)、move 語義和錯(cuò)誤處理。

第3 章，分析和度量性能，將教你如何使用大O 符號(hào)來分析算法的復(fù)雜度，以及如何對(duì)代碼進(jìn)行剖析以找到性能瓶頸，并介紹了使用Google Benchmark 進(jìn)行性能測試的方法。

第4 章，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，闡述了構(gòu)建高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，以便快速訪問數(shù)據(jù)。同時(shí)介紹了標(biāo)準(zhǔn)庫中的容器，如std::vector,std::list、std::unordered_map 和std::priority_queue。本章最后還演示了如何使用并行數(shù)組。

第5 章，算法，介紹了標(biāo)準(zhǔn)庫中最重要的算法。將學(xué)習(xí)如何使用迭代器（Iterator）和范圍（Ranges）處理數(shù)據(jù)，以及如何實(shí)現(xiàn)自己的通用算法。

第6 章，范圍和視圖，將學(xué)習(xí)如何使用C++20 中引入的Ranges 庫來組織算法，以及Ranges 庫視圖的實(shí)用性以及惰性求值的好處。

第7 章，內(nèi)存管理，重點(diǎn)關(guān)注安全而高效的內(nèi)存管理。內(nèi)容包括內(nèi)存所有權(quán)、RAII、智能指針、堆棧內(nèi)存、動(dòng)態(tài)內(nèi)存和自定義內(nèi)存分配器。

第8 章，編譯時(shí)編程，介紹使用constexpr、consteval 和類型萃取等元編程技術(shù)。你將學(xué)習(xí)如何利用C++20 的概念和Concepts 庫，以及元編程的實(shí)際應(yīng)用，如反射。

第9 章，Utilities 基礎(chǔ)，引導(dǎo)你了解Utilities 庫，如何利用編程技術(shù)從std::optional、std::any和std::variant 等類型中受益。

第10 章，代理對(duì)象和惰性求值，探討如何在保留清晰語法的同時(shí)，使用代理對(duì)象對(duì)內(nèi)部優(yōu)化，以及操作符重載的一些創(chuàng)造性用法。

第11 章，并發(fā)，涵蓋并發(fā)編程的基礎(chǔ)知識(shí)，包括并行執(zhí)行、共享內(nèi)存、數(shù)據(jù)競爭和死鎖。介紹了C++線程支持庫、Atomic 庫和C++內(nèi)存模型。

第12 章，協(xié)程和惰性生成器，提供對(duì)協(xié)程抽象的綜合介紹。你將學(xué)習(xí)如何在CPU 上執(zhí)行普通函數(shù)和協(xié)程，以及C++20 的無棧協(xié)程和生成器的用法。

第13 章，用協(xié)程進(jìn)行異步編程，介紹使用C++20 的無棧協(xié)程進(jìn)行并發(fā)編程，并討論使用Boost.Asio 進(jìn)行異步網(wǎng)絡(luò)編程的話題。

第14 章，并行算法，展示編寫并行算法的復(fù)雜度及如何度量其性能，以及如何利用標(biāo)準(zhǔn)庫算法和執(zhí)行策略在并行環(huán)境中進(jìn)行并行計(jì)算。

閱讀本書的必要準(zhǔn)備

為了從本書中獲得最大的收益，你確實(shí)需要具備基本的C++知識(shí)。如果你已經(jīng)遇到與性能相關(guān)的問題，并正在尋找新的工具和實(shí)踐方法來優(yōu)化性能，那么你將能夠更好地理解和應(yīng)用本書中的內(nèi)容，并從中獲得更大的收獲。

本書包含大量代碼示例，其中一些來自真實(shí)項(xiàng)目，但大多數(shù)是經(jīng)過改造或大幅簡化的示例，用于說明概念，并不會(huì)直接提供可在生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行的代碼。

我已經(jīng)按照章節(jié)將所有代碼示例劃分并放置在相應(yīng)的源文件中，這樣做可以方便快速地找到實(shí)驗(yàn)案例。此外，我還使用了Google Test 框架編寫了自動(dòng)化測試用例，以取代示例中的大部分main()函數(shù)。我希望這些改變對(duì)你有所幫助，而不會(huì)增加困惑。這樣做有助于我為每個(gè)例子提供有意義的描述，并使大家能夠更便捷地一次性運(yùn)行每章中的所有例子。

為了編譯和運(yùn)行這些示例，你將需要：

● 一臺(tái)電腦。

● 操作系統(tǒng)（這些示例已經(jīng)在Windows、Linux 和macOS 上得到了驗(yàn)證）。

● 編譯器（我使用的是Clang、GCC 和Microsoft Visual C++）。

● CMake。

提供的示例代碼中的CMake 腳本將下載并安裝其他依賴項(xiàng)，如Boost、Google Benchmark和Google Test。

在撰寫本書的過程中，我發(fā)現(xiàn)使用Compiler Explorer（https://godbolt.org/）非常有幫助。

它是一個(gè)在線編譯器，可以在此嘗試不同版本的編譯器。如果你尚未嘗試過這些工具，我強(qiáng)烈建議你去體驗(yàn)一下！它們將為你帶來許多便利和優(yōu)勢。

下載示例代碼文件

本書代碼托管在GitHub 上，位于https://github.com/ PacktPublishing/Cpp-High-Performance-Second-Edition。代碼會(huì)在現(xiàn)有GitHub 代碼庫中持續(xù)更新。

你可在https://github.com/PacktPublishing/找到其他由Packt 出版社出版的書籍和視頻中的代碼。

下載彩色插圖

本書還提供了一個(gè)包含本書中使用的屏幕截圖和圖表的彩色圖片的PDF 文件。可在這里下載該文件：https://static.packt-cdn.com/ downloads/9781839216541_ColorImages.pdf。

文本格式約定

本書使用以下文本約定。

CodeInText：表示文本、文件夾名稱、文件名、文件擴(kuò)展名、假的URL 和用戶輸入。如：

“關(guān)鍵字constexpr 是在C++11 中引入的�！�

以下是代碼塊的約定：

#include

int main() {

std::cout << ＂High Performance C++\
＂;

}

本書在強(qiáng)調(diào)特定代碼部分時(shí)會(huì)使用粗體來標(biāo)記相關(guān)的行或項(xiàng)：

#include

int main() {

std::cout << ＂High Performance C++\
＂;

}

命令行的輸入輸出格式如下：

$ clang++ -std=c++20 high_performance.cpp

$ ./a.out

$ High Performance C++

粗體字用于表示術(shù)語、重要詞匯或在屏幕上可見的文字。例如：“填寫表格并點(diǎn)擊保存按鈕”。

警告或重要說明會(huì)以這樣的方式呈現(xiàn)。

聯(lián)系方式

我們非常歡迎讀者的反饋。

一般反饋：如果你對(duì)本書的任何方面有疑問，請?jiān)卩]件主題中提及書名，并發(fā)送郵件至Packt（customercare@packtpub.com）。我們期待您的來信。

勘誤：盡管我們已盡力確保內(nèi)容的準(zhǔn)確性，但錯(cuò)誤可能仍會(huì)出現(xiàn)。如果你在本書中發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤，我們將非常感激。請?jiān)L問 www.packtpub.com/support/errata，選擇本書，并點(diǎn)擊“勘誤提交表格”鏈接，并輸入詳細(xì)信息。

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