作者：Austin Z. Henley

編譯：碼農翻身?

有不少學生和專業的開發人員都想做一個業余的項目，以此來鍛煉提高自己的技術能力，但是他們并不清楚要做點啥。

我給大家看下這幾個讓我受益匪淺的項目，每個項目都可以多做幾次，每次都會讓你學到新的東西。當你不知道學習什么東西的時候，不妨以這些項目作為驅動。

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，你怎么實現一個能夠支持選擇，插入，刪除文本，并且移動光標的文本框呢？?

當然了，你不能使用那些GUI框架中已經做好的文本框組件。?

最大的挑戰就是弄清楚如何在內存中保存文檔，我首先想到的就是數組，可是數組在插入文本的時候有著很差勁的性能。幸運的是，還有幾個漂亮的數據結構來解決這個問題。?

另外一個難點就是理解光標在文本編輯器中的行為，比如，當我在一個文本的中央，開始按“向上”箭頭的時候，光標應該向哪里移動？?

在同一列移動？不，如果上面的那一行比較短，光標會移動到那一行的末尾，然后再往上移動，如果那一行文本較長，光標還會回到那一行的中間位置。

這就意味著需要記住光標所在的列，這樣才有可能回來。我之前根本沒有注意到這些小細節，直到我開始實現的時候。?

實現了基本的編輯功能以后，下面兩個更有趣的挑戰是：undo/redo和單詞換行。?

以有效的方式來實現undo/redo讓我大吃一驚，我先是嘗試了用一個數組保持之前的狀態，然后轉向了Memento 模式，最后才使用了命令模式。?而單詞換行會強迫你把文本的內存存儲和視覺表現分開。?

從文本編輯器能學到的東西?

• 存儲文本的數據結構：array, rope, gap buffer, piece table.

• 光標的行為和實現?

• undo/redo的設計模式?

• 利用抽象把文本的存儲和表現分開??

進一步閱讀：?

文本編輯器的數據結構：

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

設計和實現一個Win32的文本編輯器：?

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

《數據結構和算法：Java描述》 ?

（碼農翻身老劉亂入：我更推薦《算法》）?

2D 游戲 -- 太空入侵者 ?

即使是最簡單的游戲也需要獨特的數據結構和設計模式，我們是來學習的，所以最好使用一個簡單的2D圖形庫（如SDL,SFML,PyGame），而不是一個隱藏了很多細節的大型游戲引擎。?

首先，你得學會如何在屏幕上繪制東西，實際上你是在清理屏幕，然后快速連續地繪制屏幕的每個部分，一秒多次，以產生物體移動的效果。?

其次，你會學會游戲循環，一個游戲實際上是在繪制，獲取用戶輸入，處理游戲邏輯中間的有效的循環操作。?

第三，你會學會如何處理用戶的輸入，我之前從未注意過按下，按住，釋放一個按鍵或者鼠標的細微差別，更不用說處理雙擊操作了。另外你多久檢查一次用戶輸入？如果一直檢查，那游戲的其他部分就被凍結，無法工作了。?

第四，你會學會如何創建和管理游戲中的對象，以及他們的狀態。例如如果動態地創建一定數量的敵兵？工廠模式能幫助不少。?

第五，你會學會如何應用游戲邏輯，什么時候更新子彈的位置？什么時候更多的敵兵應該在屏幕上出現，你如何得知敵人被消滅？什么時候游戲結束？我之前從未用過按模計算，現在我的游戲代碼中到處都是了。?

基本的游戲運行起來以后，可以增加一點屏幕菜單，游戲結束的畫面，探索如何實現有點兒智能的敵兵，如果還覺得不夠的話，還可以增加材質，聲音，在線的多個玩家！?

能學到的東西：?

• 屏幕繪制?

• 獲取用戶輸入?

• 游戲循環?

• 創建和管理動態數量的物體?

• 狀態機?

• 播放聲音，使用材質, 網絡功能?

進一步閱讀:

《游戲編程模式》

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

《Data Structures for Game Programmers》?

《Programming Game AI by Example》?

我從8個視頻游戲中學到的8個教訓?

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

編譯器- Tiny BASIC?

我做過的最引人注目的項目是編譯器，時至今日，如果我周日的下午有空編程的話，我仍然回去寫編譯器。?

通過創造一個東西，使得別人能創造更多東西，這種感覺實在太棒了。?

通過實現一個編譯器，我必須得學習很多復雜的編譯器技術，這些技術通常來說根本想不到。我建議從零開始寫編譯器，并且從一個很小的BASIC-like的語言開始（例如Tiny BASIC，https://en.wikipedia.org/wiki/Tiny_BASIC ），然后把它編譯成你所熟悉的語言。?

例如，你可以用Python寫一個編譯器，把Tiny Basic編譯為C#代碼， 不需要輸出成匯編，這能讓你專注到編譯器本身。

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

接下來做語義分析，確保代碼是有意義的，規則會被遵守。最后輸出目標代碼。?

不要被那些術語嚇住，編譯器有海量的資料，先讓你的基本的編譯器工作起來，然后增加一些標準庫（如簡單的2D圖形功能），優化參數傳遞，改進錯誤提示。

最后，你應該用自己的語言寫一些例子程序，向全世界展示你的工作成果。?

可以學到的東西?

• 詞法分析?

• 語法分析?

• 遞歸下降分析?

• 抽象語法樹?

• 語義分析?

• 代碼優化?

• 代碼生成?

進一步閱讀

《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?

在課堂上，操作系統的數據結構和算法看起來太抽象而沒啥用處。但實際上，他們是非常有用的。多年來，我把操作系統的基本概念應用到了廣闊的領域，如游戲編程，甚至預測人類行為的模型。?實現一個操作系統能幫助我們深入地理解底層的情況。?

由于依賴硬件，所以剛開始的時候，學習曲線陡峭，有不少障礙，但是如果跟隨一本書或者教程，你可以快速地得到一個可以啟動工作的OS，并且能運行你自己的程序。?

我強烈推薦這本免費的書籍：《Making a RISC-V Operating System using Rust.》?

需要學習的內容?

• 交叉編譯?

• 操作系統自舉?

• BIOS?

• 中斷?

• x86 modes?

• 內存管理和分頁?

• 調度(e.g., round robin)?

• 文件系統 (e.g., FAT)?

進一步閱讀:?

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?

《操作系統概念》?

如果你能走到這一步，已經非常厲害了，但是....?

如果你覺得還是不夠難，試試這兩個：?

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結合起來了， 需要學會怎么表示單元格的內容，并且實現一個解釋器，以便對單元格的內容進行公式計算。?

進一步閱讀:?

有向無環圖?

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

反應式編程?

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

《Spreadsheet Implementation Technology》?

視頻游戲控制臺模擬器?

為視頻游戲寫一個模擬器（或者虛擬機）把編譯器和操作系統的挑戰給結合起來了，當你把別人的游戲在你的模擬器上運行起來以后，那種成就感相當棒。?

這個模擬器其實就是虛擬機，能讓那些游戲以為自己在真實的CPU和其他硬件上運行，難度相當高。我建議從模擬CHIP-8開始，這是一個簡單的虛擬控制臺，然后再轉移到一個真正的視頻游戲控制臺。

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

進一步閱讀:?

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：我覺得這篇文章列舉的項目都偏重基礎，非常適合在校的大學生，可以鍛煉最基本的編程能力，建議多做幾個。如果已經工作了，很難會有大塊的時間去折騰了，可以考慮選一個自己最感興趣的去實現。

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原文鏈接：

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

總結

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个项目的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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