计算机基础知识对程序员来说有多重要？

淩亂°似流年 2023-02-13 03:53 7阅读 0赞

> 数据结构和算法，操作系统，编译原理，计算机组成原理这些课程对普通程序员来说是否需要去学习？会带来哪些帮助？

我们依次来了解这几门课程是在工作中有啥用，回答有点长，请保持耐心：）

## 一、数据结构与算法 ##

正如 **N.Wirth 教授**所说的： **数据结构+ 算法＝程序**。

遇到一个实际问题，充分利用所学的数据结构，将数据及其之间的关系有效地存储在计算机中，然后选择合适的算法策略，并用程序高效实现。

**这句话可能有点抽象，我举个例子给你们解释一下**。

在工作过程中，我们多多少少都接触过 OAuth2 ，在使用 OAuth2 授权的时候，通常应用会弹出一个类似这样的信息：

1) 获取用户基本信息接口
    
    2) 获取用户列表接口
    
    3) 用户分组管理接口
    
    。。。

![v2-e0b936634170057b26186c234927006c\_b.jpg][v2-e0b936634170057b26186c234927006c_b.jpg] 微信获取授权

**思考一下，如果让你设计数据库，应该怎么设计信息存储权限？**

如何你熟练掌握了各种数据结构的特点的话，那自然而然想到使用 **bitmap** 来存储权限。

我们把权限划分成最小粒度之后，每一个 bit 都它的含义， 例如我们把权限划分为以下几种：

*  获取你的头像、性别、昵称等基本用户信息
 *  以你的身份发布微博
 *  获取你的好友列表
 *  获取你的朋友圈信息

每勾选一个选项，就代表着这个权限被授权，为了保证可扩展性，我们使用一个 uint64 来保存这些 bit ，也就是说，我们一共可以划分 64 种细分权限，然后对这些权限进行组合。

例如，第一个 bit 如果设置了，那么就代表可以获取你的昵称、头像、地区、性别等基本用户信息， 第二个 bit 如果设置了，就可以用你的身份发状态。

数据结构的实际作用还有挺多，感兴趣的可以搜索以下知识点：

1.  二叉树搜索用于[中断处理][Link 1]、[登记缓存查找][Link 2]等
2.  [哈希表][Link 3]，用于实现[索引节点][Link 4]、[文件系统完整性检查][Link 5]等
3.  [红黑树][Link 6][用于][Link 7]调度、虚拟内存管理、跟踪文件描述符和目录条目等
4.  [Radix树][Radix]，用于内存管理、NFS相关查找和网络相关的功能
5.  ......

**上面这些例子是关于数据结构的，我再举一个算法的例子，如果有帮助，不妨点个赞收藏一下，好的内容值得肯定。**

同样的也来思考一个问题：计算机的缓存容量无论再大，缓存满了还是要删除一些内容，给新内容腾位置。

那么删除哪些内容呢？我们肯定希望删掉哪些没什么用的缓存，而把有用的数据继续留在缓存里，方便之后继续使用。那么，什么样的数据，我们判定为「有用的」的数据呢？

这个时候采取的策略就是 **LRU 缓存淘汰算法**。

LRU 的全称是 Least Recently Used，也就是说我们认为最近使用过的数据应该是是「有用的」，很久都没用过的数据应该是无用的，内存满了就优先删那些很久没用过的数据。

具体的关于 **LRU 缓存淘汰算法** 的介绍可以看我之前写的一篇文章。

[看动画轻松理解「链表」实现「LRU缓存淘汰算法」][LRU]

## 二、操作系统 ##

先来看一下操作系统都有哪些内容。

![v2-3cfce91b2ed9564b902f9266914a5dc0\_b.jpg][v2-3cfce91b2ed9564b902f9266914a5dc0_b.jpg]

现代计算机系统由一个或多个处理器、主存、打印机、键盘、鼠标、显示器、网络接口以及各种输入/输出设备构成。

说实话，程序员不可能会掌握所有计算机系统的细节，所以在硬件的基础之上，计算机安装了一层软件，这层软件能够通过响应用户输入的指令达到控制硬件的效果，从而满足用户需求，这种软件称之为**操作系统**，**它的任务就是为用户程序提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型**。

我们依旧通过一个例子来解释操作系统在工作中的帮助。

例子来源于 [@invalid s][invalid s]

比如说，做一个网络代理软件，不过是从 socket 上收一个包然后转发给另一个 socket 而已，这好像和**操作系统**没多大关系吧？

但真做了，你会发现，用一个线程处理网络IO，只要写对了，那么哪怕系统压力很大，只要CPU顶得住，就可以保证引入的延迟总是在几个毫秒之内；但如果用了多线程分别处理收/发，那么只要网络压力稍大，引入的延迟就会增加，很快额外延迟就可能突破几十个毫秒（这实际上已经完全不能用了）。

想搞明白这是为什么，对操作系统调度原理、时间片等概念没有足够深刻的理解，是不可能的。 尤其是，当你突然遇到类似“系统压力一大网络延迟急剧升高”的 bug 时，如果对操作系统没有深入理解，你连准确描述都做不到，连查资料、求帮助都不知道该往哪个方向努力，更不用说 debug了。

**换句话说，你可以不造轮子，但是你要知道这轮子是怎么造的，否则你连问问题都不知道如何去描述。**

再降维一点，你总要掌握如何安装 Windows 系统吧，否则妹子让你去她房间里修电脑你都只能拒绝掉！

![v2-3d9f5a56d5b2e5f5342d510e970bab06\_b.jpg][v2-3d9f5a56d5b2e5f5342d510e970bab06_b.jpg]

## 三、编译原理 ##

**众所周知，编译技术是计算机科学史上的明珠之一。**

对于编译原理，很多程序员的困惑就是：我也不会去设计一门新的编程语言，有必要学习编译原理吗？学了有什么用呢？

**实际上，编译原理不是用于炫耀的屠龙技，程序员在工作中经常会碰到需要编译技术的场景，比如：**

*  编写界面模板引擎；
 *  为项目编写各种各样的 DSL；
 *  深度理解甚至开发出 Spring、Hibernate、阿里巴巴 Druid 这样的工具。

除此之外，解析用户输入，防止代码注入，为前端工程师提供像 React 那样的 DSL，像 TypeScript 那样把一门语言翻译成另一门语言，像 CMake 和 Maven 那样通过配置文件来灵活工作，运维工程师分析日志文件等等高级别的需求，都会用到编译技术。

当然，说实话，**编译原理并非随随便便就能入门的**！

换言之，需要准备一些基础知识在学习。

编译原理的学习和实践通常基于对计算机编译过程、计算机基本工作原理、甚至一定的数学知识有一定积累，这些知识分别分布并应用在了编译原理的不同阶段。

没有这些基本知识的积累，很快就会在某个阶段由于功底不够而无法再继续后面的学习。

所以不要一开始就去啃编译原理。

## 四、计算机组成原理 ##

![v2-0d10975aa9e407ff39014d8199bb2362\_b.jpg][v2-0d10975aa9e407ff39014d8199bb2362_b.jpg] 来源于深入浅出计算机组成原理

从上面这张图可以看出来，**整个计算机组成原理，就是围绕着计算机是如何组织运作展开的**。

我们依旧来举例子：）

每个程序员应该都知道 Ascii码，GB2312，GBK，Utf8，Unicode 等编码格式，如果你没接触过，那总出现过文件压缩后解压乱码的情况吧？

了解了这些编码的存储格式，你才会明白为什么会有中文乱码问题，靠，我在写这个回答的时候，我的后端同事发给我的日志就出现了中文乱码。。。。

再来个例子。

我们上面举的关于 **LRU 缓存算法** 的例子，它的设计也是借鉴计算机组成原理的内容的，

**在计算机的世界里，空间换时间，时间换空间**这个概念在复杂的设计中时常出现。

如果你想更详细的了解 **计算机组成原理** 的知识，推荐一本书：《计算机组成：结构化方法》。

书的内容完全建立在“计算机是由层次结构组成的，每层完成规定的功能”这一概念之上

> 1、数字逻辑层  
> 2、微体系结构层  
> 3、指令系统层  
> 4、操作系统层  
> 5、汇编语言层  
> 6、并行体系结构

最后，肯定也得推荐哈工大刘宏伟老师的视频进行学习呀，B站就能免费看！

[计算机组成原理（哈工大）\_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili][_-_ _-bilibili]

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以上就是我对 **计算机基础知识对程序员来说有多重要** 的一个回答，如果你觉得也有帮助的话不妨点个赞。

最后，如果你是程序员，也**可以查看个人简介，一起交流学习成长。**

## **我的专栏：** ##

[和程序员小吴一起学算法][Link 8]

## **我的其它相关回答：** ##

[程序员必须掌握哪些算法？][Link 9] [字节跳动面试难吗，应该如何应对？][Link 10] [大家都是如何刷 LeetCode 的？][LeetCode] [算法网站推荐?][Link 11]

**点击下方链接获取算法学习路径与算法书籍推荐**

[程序员吴师兄：如何系统地学习数据结构与算法？][Link 12]

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[Link 1]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/mirrors/linux-2.6/blob/b3a3a9c441e2c8f6b6760de9331023a7906a4ac6/drivers/sh/intc/chip.c
[Link 2]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/mirrors/linux-2.6/blob/10d0c9705e80bbd3d587c5fad24599aabaca6688/drivers/base/regmap/regcache.c
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[Link 4]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/mirrors/linux-2.6/blob/42a2d923cc349583ebf6fdd52a7d35e1c2f7e6bd/fs/inode.c
[Link 5]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/mirrors/linux-2.6/blob/ff812d724254b95df76b7775d1359d856927a840/fs/btrfs/check-integrity.c
[Link 6]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/mirrors/linux-2.6/blob/master/include/linux/rbtree.h
[Link 7]: https://link.zhihu.com/?target=http%3A//lwn.net/Articles/184495/
[Radix]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/mirrors/linux-2.6/blob/master/include/linux/radix-tree.h
[LRU]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//mp.weixin.qq.com/s/oFLzRCCBicAa4xWD2d7PSA
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[Link 8]: https://zhuanlan.zhihu.com/c_1039097450233057280
[Link 9]: https://www.zhihu.com/question/23148377/answer/907915556
[Link 10]: https://www.zhihu.com/question/339135205/answer/913555025
[LeetCode]: https://www.zhihu.com/question/280279208/answer/929518723
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