专栏首页量子位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

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

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

本文分享自微信公众号 - 量子位(QbitAI),作者:关注前沿科技

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-12-16

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