程序員必練六大項目：從數(shù)據(jù)結構到操作系統(tǒng)，計算機教授為你畫重點

魚羊 編譯整理
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

編程這件事，光有理論是不夠的，動手實踐是必修課。

不過，從什么項目入手，往往讓人犯了難。

如果你還在糾結，應該拿什么項目來開始自己的編程練習，不妨來看看這份“程序員都應該嘗試的挑戰(zhàn)性項目”清單。

這是田納西大學助理教授奧斯汀·亨利（Austin Z. Henley）結合自身經(jīng)驗，給出的良心推薦。不僅總結了知識要點，讓你在學習中有的放矢，還貼心整理了拓展閱讀資料。

你可以多次構建這些項目，每次從中收獲新的知識。

每當我不知道該拿什么練手，或者想學習一種新的編程語言或框架時，我就會從以下項目中選擇一種開始coding：

每個程序員都應該嘗試的挑戰(zhàn)性項目

文本編輯器

不使用GUI框架中內(nèi)置的文本框組件，要如何搭建支持光標移動、選擇、插入和刪除操作的文本框？

這個項目中，存在兩個主要挑戰(zhàn)：

• 如何將文本文檔存儲在內(nèi)存中
• 學習文本光標在流行的編輯器中的行為

不要小看這些基礎的功能，其中有許多細節(jié)值得注意。比如當光標位于文本當中，按下向上箭頭，光標會移動到何處？

△圖源：Austin Z. Henley

如果你覺得這太簡單，還有進階測試：

• 撤銷/重做
• 自動換行

最后總結一下知識要點：

• 用于存儲文本的數(shù)據(jù)結構：數(shù)組，rope，gap buffer，piece table
• 文本光標的行為和實現(xiàn)
• 撤銷/重做的設計模式：記憶，命令
• 分離文本視覺和記憶的抽象

別忘了還有拓展閱讀喲：

2D游戲-太空侵略者

即使是最簡單的游戲也需要考慮數(shù)據(jù)結構和設計模式。

在這個項目中，你的任務是從頭到尾實現(xiàn)一個定義明確的游戲。最好使用SDL，SFML，PyGame這樣的2D圖形庫。

△圖源：Austin Z. Henley

第一步，創(chuàng)建對象移動的效果。

第二步，了解有關游戲循環(huán)的所有信息。游戲?qū)嶋H上是在繪圖、獲取用戶輸入和處理游戲邏輯之間循環(huán)。

第三步，處理用戶輸入。

第四步，學習如何創(chuàng)建和管理所有游戲?qū)ο蠹捌錉顟B(tài)。比如如何生成動態(tài)數(shù)量的敵人。

第五步，學習如何應用游戲的邏輯。子彈頭位置何時更新？什么時候會有更多敵人出現(xiàn)在屏幕上？怎么判定敵人被干掉了？游戲何時結束？

甚至，在進階階段，你還可以考慮引入AI，來制造更加“智能”的敵人。

編譯器-Tiny BASIC

從頭開始編寫一種非常小的類似于BASIC的語言編譯器，然后將其編譯為任何其他語言。比如，用Python編寫可以輸出C#代碼的Tiny BASIC編譯器。

△圖源：Austin Z. Henley

知識點：

• 詞法分析
• 句法分析
• 遞歸下降解析
• 抽象語法樹
• 語義分析
• 優(yōu)化passes
• 代碼生成

迷你操作系統(tǒng)

從這個項目開始，難度就加大了。

操作系統(tǒng)依賴于硬件，因此入門門檻比較高。但這個項目可以幫助你更好地理解計算機底層都發(fā)生了什么。

作者亨利推薦了一本免費電子書《使用Rust構建RISC-V操作系統(tǒng)》作為入門教材（地址見文末）。

△圖源：Austin Z. Henley

知識點：

• 交叉編譯
• Bootloading
• BIOS中斷
• x86模式
• 內(nèi)存管理和分頁
• 排程（Scheduling）
• 文件系統(tǒng)

如果以上四個項目，你都覺得so easy，那么就來嘗試一下最后這兩個高難度項目吧。

電子表格

電子表格應用程序（如Excel）將文本編輯器和編譯器的挑戰(zhàn)結合在了一起。

在這個項目中，你需要學會如何在內(nèi)存中表示單元格內(nèi)容，并實現(xiàn)用于方程式的編程語言解釋器。

電子游戲機模擬器

這是一個操作系統(tǒng)+編譯器的二合一挑戰(zhàn)項目。

挑戰(zhàn)內(nèi)容是，編寫一個虛擬機，讓虛擬機可以像真實的CPU和其他硬件組件一樣運行。

亨利的建議，是從簡單的虛擬控制臺入手，比如CHIP-8。

網(wǎng)友建言獻策

博客一出，在Hacker News、Reddit上受到了廣大碼農(nóng)們的歡迎。

有網(wǎng)友說：

這些項目能讓我接觸到完全不同的領域和問題，比我日常的工作更能激勵我。

并且，網(wǎng)友們紛紛建言獻策，又推舉出好幾個優(yōu)質(zhì)上手項目：

• 從零搭建數(shù)據(jù)庫
• 光線追蹤器
• 矢量圖形編輯器
• 圖像解碼器
• 網(wǎng)頁聊天室
• pi計算器的位數(shù)
• 通用終端實用程序（如grep）
• FTP客戶端和服務器

所以，這些項目是否激發(fā)了你的靈感？

Talk is cheap. Show me the code. 快動手練起來吧~

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博客地址：
http://web.eecs.utk.edu/~azh/blog/challengingprojects.html

Hacker News討論（內(nèi)含更多項目推薦）：
https://news.ycombinator.com/item?id=21790779

《使用Rust構建RISC-V操作系統(tǒng)》：
http://osblog.stephenmarz.com/index.html

—?完?—