作者：Austin Z. Henley

編譯：碼農(nóng)翻身?

有不少學(xué)生和專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)人員都想做一個(gè)業(yè)余的項(xiàng)目，以此來(lái)鍛煉提高自己的技術(shù)能力，但是他們并不清楚要做點(diǎn)啥。

我給大家看下這幾個(gè)讓我受益匪淺的項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都可以多做幾次，每次都會(huì)讓你學(xué)到新的東西。當(dāng)你不知道學(xué)習(xí)什么東西的時(shí)候，不妨以這些項(xiàng)目作為驅(qū)動(dòng)。

文本編輯器

我們每天都使用文本編輯器，但是你知道他們到底是怎么工作的嗎？忽略掉那些炫酷的功能，你怎么實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠支持選擇，插入，刪除文本，并且移動(dòng)光標(biāo)的文本框呢？?

當(dāng)然了，你不能使用那些GUI框架中已經(jīng)做好的文本框組件。?

最大的挑戰(zhàn)就是弄清楚如何在內(nèi)存中保存文檔，我首先想到的就是數(shù)組，可是數(shù)組在插入文本的時(shí)候有著很差勁的性能。幸運(yùn)的是，還有幾個(gè)漂亮的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。?

另外一個(gè)難點(diǎn)就是理解光標(biāo)在文本編輯器中的行為，比如，當(dāng)我在一個(gè)文本的中央，開(kāi)始按“向上”箭頭的時(shí)候，光標(biāo)應(yīng)該向哪里移動(dòng)？?

在同一列移動(dòng)？不，如果上面的那一行比較短，光標(biāo)會(huì)移動(dòng)到那一行的末尾，然后再往上移動(dòng)，如果那一行文本較長(zhǎng)，光標(biāo)還會(huì)回到那一行的中間位置。

這就意味著需要記住光標(biāo)所在的列，這樣才有可能回來(lái)。我之前根本沒(méi)有注意到這些小細(xì)節(jié)，直到我開(kāi)始實(shí)現(xiàn)的時(shí)候。?

實(shí)現(xiàn)了基本的編輯功能以后，下面兩個(gè)更有趣的挑戰(zhàn)是：undo/redo和單詞換行。?

以有效的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)undo/redo讓我大吃一驚，我先是嘗試了用一個(gè)數(shù)組保持之前的狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)向了Memento 模式，最后才使用了命令模式。?而單詞換行會(huì)強(qiáng)迫你把文本的內(nèi)存存儲(chǔ)和視覺(jué)表現(xiàn)分開(kāi)。?

從文本編輯器能學(xué)到的東西?

• 存儲(chǔ)文本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：array, rope, gap buffer, piece table.

• 光標(biāo)的行為和實(shí)現(xiàn)?

• undo/redo的設(shè)計(jì)模式?

• 利用抽象把文本的存儲(chǔ)和表現(xiàn)分開(kāi)??

進(jìn)一步閱讀：?

文本編輯器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

https://www.averylaird.com/programming/the%20text%20editor/2017/09/30/the-piece-table/?

設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)Win32的文本編輯器：?

http://www.catch22.net/tuts/neatpad#?

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法：Java描述》 ?

（碼農(nóng)翻身老劉亂入：我更推薦《算法》）?

2D 游戲 -- 太空入侵者 ?

即使是最簡(jiǎn)單的游戲也需要獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)模式，我們是來(lái)學(xué)習(xí)的，所以最好使用一個(gè)簡(jiǎn)單的2D圖形庫(kù)（如SDL,SFML,PyGame），而不是一個(gè)隱藏了很多細(xì)節(jié)的大型游戲引擎。?

首先，你得學(xué)會(huì)如何在屏幕上繪制東西，實(shí)際上你是在清理屏幕，然后快速連續(xù)地繪制屏幕的每個(gè)部分，一秒多次，以產(chǎn)生物體移動(dòng)的效果。?

其次，你會(huì)學(xué)會(huì)游戲循環(huán)，一個(gè)游戲?qū)嶋H上是在繪制，獲取用戶(hù)輸入，處理游戲邏輯中間的有效的循環(huán)操作。?

第三，你會(huì)學(xué)會(huì)如何處理用戶(hù)的輸入，我之前從未注意過(guò)按下，按住，釋放一個(gè)按鍵或者鼠標(biāo)的細(xì)微差別，更不用說(shuō)處理雙擊操作了。另外你多久檢查一次用戶(hù)輸入？如果一直檢查，那游戲的其他部分就被凍結(jié)，無(wú)法工作了。?

第四，你會(huì)學(xué)會(huì)如何創(chuàng)建和管理游戲中的對(duì)象，以及他們的狀態(tài)。例如如果動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建一定數(shù)量的敵兵？工廠(chǎng)模式能幫助不少。?

第五，你會(huì)學(xué)會(huì)如何應(yīng)用游戲邏輯，什么時(shí)候更新子彈的位置？什么時(shí)候更多的敵兵應(yīng)該在屏幕上出現(xiàn)，你如何得知敵人被消滅？什么時(shí)候游戲結(jié)束？我之前從未用過(guò)按模計(jì)算，現(xiàn)在我的游戲代碼中到處都是了。?

基本的游戲運(yùn)行起來(lái)以后，可以增加一點(diǎn)屏幕菜單，游戲結(jié)束的畫(huà)面，探索如何實(shí)現(xiàn)有點(diǎn)兒智能的敵兵，如果還覺(jué)得不夠的話(huà)，還可以增加材質(zhì)，聲音，在線(xiàn)的多個(gè)玩家！?

能學(xué)到的東西：?

• 屏幕繪制?

• 獲取用戶(hù)輸入?

• 游戲循環(huán)?

• 創(chuàng)建和管理動(dòng)態(tài)數(shù)量的物體?

• 狀態(tài)機(jī)?

• 播放聲音，使用材質(zhì), 網(wǎng)絡(luò)功能?

進(jìn)一步閱讀:

《游戲編程模式》

https://gameprogrammingpatterns.com/contents.html?

《Data Structures for Game Programmers》?

《Programming Game AI by Example》?

我從8個(gè)視頻游戲中學(xué)到的8個(gè)教訓(xùn)?

http://web.eecs.utk.edu/~azh/blog/8lessons8games.html?

編譯器- Tiny BASIC?

我做過(guò)的最引人注目的項(xiàng)目是編譯器，時(shí)至今日，如果我周日的下午有空編程的話(huà)，我仍然回去寫(xiě)編譯器。?

通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)東西，使得別人能創(chuàng)造更多東西，這種感覺(jué)實(shí)在太棒了。?

通過(guò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)編譯器，我必須得學(xué)習(xí)很多復(fù)雜的編譯器技術(shù)，這些技術(shù)通常來(lái)說(shuō)根本想不到。我建議從零開(kāi)始寫(xiě)編譯器，并且從一個(gè)很小的BASIC-like的語(yǔ)言開(kāi)始（例如Tiny BASIC，https://en.wikipedia.org/wiki/Tiny_BASIC ），然后把它編譯成你所熟悉的語(yǔ)言。?

例如，你可以用Python寫(xiě)一個(gè)編譯器，把Tiny Basic編譯為C#代碼， 不需要輸出成匯編，這能讓你專(zhuān)注到編譯器本身。

編譯器的第一個(gè)障礙就是如何做詞法分析，然后你需要構(gòu)建一顆抽象語(yǔ)法樹(shù)，遞歸下降是個(gè)非常漂亮的技術(shù)。?

接下來(lái)做語(yǔ)義分析，確保代碼是有意義的，規(guī)則會(huì)被遵守。最后輸出目標(biāo)代碼。?

不要被那些術(shù)語(yǔ)嚇住，編譯器有海量的資料，先讓你的基本的編譯器工作起來(lái)，然后增加一些標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)（如簡(jiǎn)單的2D圖形功能），優(yōu)化參數(shù)傳遞，改進(jìn)錯(cuò)誤提示。

最后，你應(yīng)該用自己的語(yǔ)言寫(xiě)一些例子程序，向全世界展示你的工作成果。?

可以學(xué)到的東西?

• 詞法分析?

• 語(yǔ)法分析?

• 遞歸下降分析?

• 抽象語(yǔ)法樹(shù)?

• 語(yǔ)義分析?

• 代碼優(yōu)化?

• 代碼生成?

進(jìn)一步閱讀

《Crafting Interpreters》

https://www.craftinginterpreters.com/contents.html

《Write an Interpreter in Go》

《Let's Build a Compiler 》

https://compilers.iecc.com/crenshaw/?

PeayBASIC source code ：?

https://github.com/AZHenley/PeayBASIC?

迷你操作系統(tǒng)?

在課堂上，操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法看起來(lái)太抽象而沒(méi)啥用處。但實(shí)際上，他們是非常有用的。多年來(lái)，我把操作系統(tǒng)的基本概念應(yīng)用到了廣闊的領(lǐng)域，如游戲編程，甚至預(yù)測(cè)人類(lèi)行為的模型。?實(shí)現(xiàn)一個(gè)操作系統(tǒng)能幫助我們深入地理解底層的情況。?

由于依賴(lài)硬件，所以剛開(kāi)始的時(shí)候，學(xué)習(xí)曲線(xiàn)陡峭，有不少障礙，但是如果跟隨一本書(shū)或者教程，你可以快速地得到一個(gè)可以啟動(dòng)工作的OS，并且能運(yùn)行你自己的程序。?

我強(qiáng)烈推薦這本免費(fèi)的書(shū)籍：《Making a RISC-V Operating System using Rust.》?

需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容?

• 交叉編譯?

• 操作系統(tǒng)自舉?

• BIOS?

• 中斷?

• x86 modes?

• 內(nèi)存管理和分頁(yè)?

• 調(diào)度(e.g., round robin)?

• 文件系統(tǒng) (e.g., FAT)?

進(jìn)一步閱讀:?

OSDev.org's wiki of resources?

https://wiki.osdev.org/Main_Page?

Making a RISC-V Operating System using Rust?

http://osblog.stephenmarz.com/index.html?

《操作系統(tǒng)概念》?

如果你能走到這一步，已經(jīng)非常厲害了，但是....?

如果你覺(jué)得還是不夠難，試試這兩個(gè)：?

電子表格 ?

電子表格（例如Excel），把文本編輯器和編譯器這兩大挑戰(zhàn)結(jié)合起來(lái)了， 需要學(xué)會(huì)怎么表示單元格的內(nèi)容，并且實(shí)現(xiàn)一個(gè)解釋器，以便對(duì)單元格的內(nèi)容進(jìn)行公式計(jì)算。?

進(jìn)一步閱讀:?

有向無(wú)環(huán)圖?

https://en.wikipedia.org/wiki/Directed_acyclic_graph?

反應(yīng)式編程?

https://en.wikipedia.org/wiki/Reactive_programming?

《Spreadsheet Implementation Technology》?

視頻游戲控制臺(tái)模擬器?

為視頻游戲?qū)懸粋€(gè)模擬器（或者虛擬機(jī)）把編譯器和操作系統(tǒng)的挑戰(zhàn)給結(jié)合起來(lái)了，當(dāng)你把別人的游戲在你的模擬器上運(yùn)行起來(lái)以后，那種成就感相當(dāng)棒。?

這個(gè)模擬器其實(shí)就是虛擬機(jī)，能讓那些游戲以為自己在真實(shí)的CPU和其他硬件上運(yùn)行，難度相當(dāng)高。我建議從模擬CHIP-8開(kāi)始，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的虛擬控制臺(tái)，然后再轉(zhuǎn)移到一個(gè)真正的視頻游戲控制臺(tái)。

NES、SNES、Gameboy和Gameboy的高級(jí)版本都是可以模擬的，已經(jīng)有了大量的文檔和開(kāi)源模擬器。盡管它們都有自己的怪癖，使事情變得有趣(例如，某些游戲可能依賴(lài)于特定硬件的無(wú)文檔記錄的bug /特性)。還有PICO-8，它已經(jīng)成為一個(gè)非常有利可圖的“幻想”游戲機(jī)。?

進(jìn)一步閱讀:?

Writing a Chip-8 emulator?

https://aymanbagabas.com/2018/09/17/chip-8-emulator.html?

JavaScript Chip-8 Emulator?

http://blog.alexanderdickson.com/javascript-chip-8-emulator?

《How to Emulate a Game Boy》

https://blog.ryanlevick.com/DMG-01/public/book/

PyBoy source code?

https://github.com/Baekalfen/PyBoy?

后記：我覺(jué)得這篇文章列舉的項(xiàng)目都偏重基礎(chǔ)，非常適合在校的大學(xué)生，可以鍛煉最基本的編程能力，建議多做幾個(gè)。如果已經(jīng)工作了，很難會(huì)有大塊的時(shí)間去折騰了，可以考慮選一個(gè)自己最感興趣的去實(shí)現(xiàn)。

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原文鏈接：

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

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的每个程序员都应该挑战的6个项目的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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