程序員必練六大項(xiàng)目：從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)教授為你畫(huà)重點(diǎn)

魚(yú)羊 編譯整理
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編程這件事，光有理論是不夠的，動(dòng)手實(shí)踐是必修課。

不過(guò)，從什么項(xiàng)目入手，往往讓人犯了難。

如果你還在糾結(jié)，應(yīng)該拿什么項(xiàng)目來(lái)開(kāi)始自己的編程練習(xí)，不妨來(lái)看看這份“程序員都應(yīng)該嘗試的挑戰(zhàn)性項(xiàng)目”清單。

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

你可以多次構(gòu)建這些項(xiàng)目，每次從中收獲新的知識(shí)。

每當(dāng)我不知道該拿什么練手，或者想學(xué)習(xí)一種新的編程語(yǔ)言或框架時(shí)，我就會(huì)從以下項(xiàng)目中選擇一種開(kāi)始coding：

每個(gè)程序員都應(yīng)該嘗試的挑戰(zhàn)性項(xiàng)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(biāo)移動(dòng)、選擇、插入和刪除操作的文本框？

這個(gè)項(xiàng)目中，存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：

• 如何將文本文檔存儲(chǔ)在內(nèi)存中
• 學(xué)習(xí)文本光標(biāo)在流行的編輯器中的行為

不要小看這些基礎(chǔ)的功能，其中有許多細(xì)節(jié)值得注意。比如當(dāng)光標(biāo)位于文本當(dāng)中，按下向上箭頭，光標(biāo)會(huì)移動(dòng)到何處？

△圖源：Austin Z. Henley

如果你覺(jué)得這太簡(jiǎn)單，還有進(jìn)階測(cè)試：

• 撤銷/重做
• 自動(dòng)換行

最后總結(jié)一下知識(shí)要點(diǎn)：

• 用于存儲(chǔ)文本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)組，rope，gap buffer，piece table
• 文本光標(biāo)的行為和實(shí)現(xiàn)
• 撤銷/重做的設(shè)計(jì)模式：記憶，命令
• 分離文本視覺(jué)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(jiǎn)單的游戲也需要考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)模式。

在這個(gè)項(xiàng)目中，你的任務(wù)是從頭到尾實(shí)現(xiàn)一個(gè)定義明確的游戲。最好使用SDL，SFML，PyGame這樣的2D圖形庫(kù)。

△圖源：Austin Z. Henley

第一步，創(chuàng)建對(duì)象移動(dòng)的效果。

第二步，了解有關(guān)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(xué)習(xí)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(dòng)態(tài)數(shù)量的敵人。

第五步，學(xué)習(xí)如何應(yīng)用游戲的邏輯。子彈頭位置何時(shí)更新？什么時(shí)候會(huì)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(shí)結(jié)束？

甚至，在進(jìn)階階段，你還可以考慮引入AI，來(lái)制造更加“智能”的敵人。

編譯器-Tiny BASIC

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

△圖源：Austin Z. Henley

知識(shí)點(diǎn)：

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

迷你操作系統(tǒng)

從這個(gè)項(xiàng)目開(kāi)始，難度就加大了。

操作系統(tǒng)依賴于硬件，因此入門(mén)門(mén)檻比較高。但這個(gè)項(xiàng)目可以幫助你更好地理解計(jì)算機(jī)底層都發(fā)生了什么。

作者亨利推薦了一本免費(fèi)電子書(shū)《使用Rust構(gòu)建RISC-V操作系統(tǒng)》作為入門(mén)教材（地址見(jiàn)文末）。

△圖源：Austin Z. Henley

知識(shí)點(diǎn)：

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

如果以上四個(gè)項(xiàng)目，你都覺(jué)得so easy，那么就來(lái)嘗試一下最后這兩個(gè)高難度項(xiàng)目吧。

電子表格

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

在這個(gè)項(xiàng)目中，你需要學(xué)會(huì)如何在內(nèi)存中表示單元格內(nèi)容，并實(shí)現(xiàn)用于方程式的編程語(yǔ)言解釋器。

電子游戲機(jī)模擬器

這是一個(gè)操作系統(tǒng)+編譯器的二合一挑戰(zhàn)項(xiàng)目。

挑戰(zhàn)內(nèi)容是，編寫(xiě)一個(gè)虛擬機(jī)，讓虛擬機(jī)可以像真實(shí)的CPU和其他硬件組件一樣運(yùn)行。

亨利的建議，是從簡(jiǎn)單的虛擬控制臺(tái)入手，比如CHIP-8。

網(wǎng)友建言獻(xiàn)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(shuō)：

這些項(xiàng)目能讓我接觸到完全不同的領(lǐng)域和問(wèn)題，比我日常的工作更能激勵(lì)我。

并且，網(wǎng)友們紛紛建言獻(xiàn)策，又推舉出好幾個(gè)優(yōu)質(zhì)上手項(xiàng)目：

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

所以，這些項(xiàng)目是否激發(fā)了你的靈感？

Talk is cheap. Show me the code. 快動(dòng)手練起來(lái)吧~

傳送門(mén)

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

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

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

—?完?—