程序员必练六大项目:从数据结构到操作系统,计算机教授为你画重点
鱼羊 编译整理
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
编程这件事,光有理论是不够的,动手实践是必修课。
不过,从什么项目入手,往往让人犯了难。
如果你还在纠结,应该拿什么项目来开始自己的编程练习,不妨来看看这份“程序员都应该尝试的挑战性项目”清单。
这是田纳西大学助理教授奥斯汀·亨利(Austin Z. Henley)结合自身经验,给出的良心推荐。不仅总结了知识要点,让你在学习中有的放矢,还贴心整理了拓展阅读资料。
你可以多次构建这些项目,每次从中收获新的知识。
每当我不知道该拿什么练手,或者想学习一种新的编程语言或框架时,我就会从以下项目中选择一种开始coding:
每个程序员都应该尝试的挑战性项目
文本编辑器
不使用GUI框架中内置的文本框组件,要如何搭建支持光标移动、选择、插入和删除操作的文本框?
这个项目中,存在两个主要挑战:
如何将文本文档存储在内存中
学习文本光标在流行的编辑器中的行为
不要小看这些基础的功能,其中有许多细节值得注意。比如当光标位于文本当中,按下向上箭头,光标会移动到何处?
△图源:Austin Z. Henley
如果你觉得这太简单,还有进阶测试:
撤销/重做
自动换行
最后总结一下知识要点:
用于存储文本的数据结构:数组,rope,gap buffer,piece table
文本光标的行为和实现
撤销/重做的设计模式:记忆,命令
分离文本视觉和记忆的抽象
别忘了还有拓展阅读哟:
2D游戏-太空侵略者
即使是最简单的游戏也需要考虑数据结构和设计模式。
在这个项目中,你的任务是从头到尾实现一个定义明确的游戏。最好使用SDL,SFML,PyGame这样的2D图形库。
△图源:Austin Z. Henley
第一步,创建对象移动的效果。
第二步,了解有关游戏循环的所有信息。游戏实际上是在绘图、获取用户输入和处理游戏逻辑之间循环。
第三步,处理用户输入。
第四步,学习如何创建和管理所有游戏对象及其状态。比如如何生成动态数量的敌人。
第五步,学习如何应用游戏的逻辑。子弹头位置何时更新?什么时候会有更多敌人出现在屏幕上?怎么判定敌人被干掉了?游戏何时结束?
甚至,在进阶阶段,你还可以考虑引入AI,来制造更加“智能”的敌人。
编译器-Tiny BASIC
从头开始编写一种非常小的类似于BASIC的语言编译器,然后将其编译为任何其他语言。比如,用Python编写可以输出C#代码的Tiny BASIC编译器。
△图源:Austin Z. Henley
知识点:
词法分析
句法分析
递归下降解析
抽象语法树
语义分析
优化passes
代码生成
迷你操作系统
从这个项目开始,难度就加大了。
操作系统依赖于硬件,因此入门门槛比较高。但这个项目可以帮助你更好地理解计算机底层都发生了什么。
作者亨利推荐了一本免费电子书《使用Rust构建RISC-V操作系统》作为入门教材(地址见文末)。
△图源:Austin Z. Henley
知识点:
交叉编译
Bootloading
BIOS中断
x86模式
内存管理和分页
排程(Scheduling)
文件系统
如果以上四个项目,你都觉得so easy,那么就来尝试一下最后这两个高难度项目吧。
电子表格
电子表格应用程序(如Excel)将文本编辑器和编译器的挑战结合在了一起。
在这个项目中,你需要学会如何在内存中表示单元格内容,并实现用于方程式的编程语言解释器。
电子游戏机模拟器
这是一个操作系统+编译器的二合一挑战项目。
挑战内容是,编写一个虚拟机,让虚拟机可以像真实的CPU和其他硬件组件一样运行。
亨利的建议,是从简单的虚拟控制台入手,比如CHIP-8。
网友建言献策
博客一出,在Hacker News、Reddit上受到了广大码农们的欢迎。
有网友说:
这些项目能让我接触到完全不同的领域和问题,比我日常的工作更能激励我。
并且,网友们纷纷建言献策,又推举出好几个优质上手项目:
从零搭建数据库
光线追踪器
矢量图形编辑器
图像解码器
网页聊天室
pi计算器的位数
通用终端实用程序(如grep)
FTP客户端和服务器
所以,这些项目是否激发了你的灵感?
Talk is cheap. Show me the code. 快动手练起来吧~
传送门
博客地址:
http://web.eecs.utk.edu/~azh/blog/challengingprojects.html
Hacker News讨论(内含更多项目推荐):
https://news.ycombinator.com/item?id=21790779
《使用Rust构建RISC-V操作系统》:
http://osblog.stephenmarz.com/index.html
— 完 —
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