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面向入门的开发环境打造

环境搭建是个老生常谈的话题,网上各类教程五花八门,大多只是停留在“能用”的程度,知其然不知所以然。结果要么停留在上古时期,要么重度依赖某些集成套装所构筑的复杂体系,懵懵懂懂之下,不少刚入坑的新朋友在这其中也有些迷失。即便到了大三大四,连命令行都还不了解的都大有人在。

计算机世界就像一座大山,个人的力量不可能穷尽它的所有。若对此没有一个基本印象,很容易绕在山脚下的细枝末节中徘徊。你不是第一个来到这个山头的人,前人已挖好许多好走的山路,通过它你可以快速了解一下这座山的大体构造。熟悉以后,再更深入地去探险也成为可能,乃至于走出一条属于你自己的不寻常山路。

几年的编程学习,给我带来一点很深的体会,计算机入门的障碍,更多在于缺少一个统一、稳定、靠谱的编程学习环境。 一个好的开发环境,不仅仅是一个趁手的编程工具,更是你在计算机大山中披荆斩棘的瑞士军刀的存在。

核心思想及其权衡

在明确具体步骤之前,先明确一个核心的目标和预期,然后根据实际情况去接近它们。一个稳定、靠谱的编程学习环境,从抽象的角度来看,大致需要满足这三点:

  1. 友好的命令行界面(Command-Line Interface)
  2. 好用的文本编辑器(Text Editor)
  3. 适合计算机学习的 Linux 操作系统

接下来展开说说它们的重要性。

命令行界面(Command-Line Interface)

CLI 对于大多数新人而言,想必会比较陌生,目前我们接触的计算机都是冯·诺依曼体系结构,始终离不开如图的五大部分。其中,输入、输出设备是机器与外界的交互渠道。

图源:冯·诺依曼体系结构 - 百度百科

图源:冯·诺依曼体系结构 - 百度百科

计算机发展至今,输入、输出设备越来越多样,比如键盘、触控板、屏幕、打印机、音频输入输出、网络等等,对应在内部需要通过一些特定的程序,去处理用户通过输入设备传入的操作,通过输出设备给用户反馈结果。负责与外界交互的部分又称作界面(Interface,也叫“接口”)。

最为常见的界面,便是以显示器为主的输出设备、以鼠标和触屏为主的输入设备,对应的图形用户界面Graphical User Interface,简称GUI)。GUI 具有贴合直觉的优势,但需要考虑的输入输出设备等因素众多,实现也较复杂,并且设计语言随着时代发展一直在变,没有一个统一的标准。

在各种各样的输入输出设备之间,有一组输入输出贯穿了整个冯诺依曼结构计算机世界的始终,那就是 — 标准输入输出(Standard Input/Output),与此对应的输入输出设备,叫做终端。关于终端,这里不详细展开介绍,有兴趣详细了解的话,可以阅读 这篇介绍终端发展历史的博文

基于标准输入输出实现的操作界面,也叫做命令行界面Command-Line Interface,简称 CLI)。它的优点是简洁且富有表达力,不足的是,使用 CLI 的初期需要一些学习成本和记忆的负担。

GUI贴近直觉的特性,尤其适合简单直观的一次性任务。当任务变得庞大、固定或重复,GUI 表达力的局限性就开始体现出来。CLI 的简洁与强表达力带来的好处,可以盖过了它本身的学习成本,但是一般人们习惯进入 GUI 的舒适圈之后,很难体会到这一点,就比较难走出来。

文本编辑器(Text Editor)

人类编写的代码通常展示成文本的形式,文本编辑器也是写代码的一个重要工具。在介绍文本和文本编辑器之前,首先需要明确计算机存储的 数据 (Data)、文件系统 (File System)和 文件(File)的概念差异。

数据 (Data) 在计算机载体中,以二进制位(bit)的状态来表示。一般以字节(byte)为单位去组织存取的过程(1 byte = 8 bits)。一段数据也是由若干个 byte 组合而成,针对文本类型数据,计算机会按照文本的编码规则(如 ascii,utf-8 等)将其编码成对应的二进制状态,以供内部存储和处理。

底层的存储器一般会以包含固定数量的 byte 的逻辑块(Logical Block)为单位组织数据,但它存取都很不灵活。为了抹平底层的差异,操作系统工程师设计了文件系统的概念。文件系统在用户视角提供了文件目录的抽象概念。用户在使用时,无须关心底层如何实现,只需要知道目录和文件名,就能通过操作系统提供的 API 访问到对应的文件数据。

文本编辑器便是专门处理这样文本类型数据的工具,它可以为你提供文本处理,以及保存和读取文件的功能。代码在计算机的视角都是文本,不同语言的代码文件的差别,只是文件命名后缀的差异不同 (.c, .cpp, .py, .java, .js...)。写代码,大部分时候写的也是这样的文本数据。

理论上来说,任意一个文本编辑器都可以编写代码,差别在于各自体验与效率的不同。然而人的力量是有限的,因为不同的语言规则不同,提升阅读和编写体验便成了一个关键的因素。为了减轻大脑的负担,减少出错的概率,就产生了类似针对代码的不同元素着色,行号显示等等的辅助功能,如图:

除了行号与高亮这些基本能力外,一个好用的编辑器可能还有关键字提示、自动补全、语法检查等等功能,具体需要你慢慢探索和体会。

Linux 操作系统

关于 Linux 的重要性,此前 @Bintou 老师开的帖子 学习Linux为什么重要 已有详细讨论。

总的来说,Linux 的重要性主要在于以下几点:

  1. Linux 系统本身作为开源程序,是一个可以避免流于纸上谈兵,直接深入研究操作系统原理的系统;
  2. Linux 由程序员为程序员打造,在 CLI 方面的生态相对更完善,有利于学习;
  3. 通过 Linux 可以接触到许多优秀的开源软件,感受黑客文化与 Unix 社群文化的熏陶,以及开源社区的开发模式,即使未来投身于其它领域的开发,其中也会带来不少积极的影响;
  4. 在商业视角,Linux 基本主导了服务器于云计算的市场,开源模式正逐渐主导整个软件业,即使庞大如微软,也在拥抱 Linux 为代表的开源社区体系。功利地说,即使仅面向未来的就业,Linux 也是无法避开学习的一项技能。

推荐的方案

基于以上三点出发,可供选择的方案其实有许多,对于刚入门的新手来说,一开始最重要的是能快速对这个体系有个大致印象。大致来说可以分两步,首先通过一个预先配置好的套装,迅速地折腾起来;在落脚以后,再慢慢考虑折腾和研究更合适自己的方案。拿开头的比喻来说,就是:先走计算机大山中挖好的比较好走的山路,对这座山有了大致的了解之后,再去挑战那些不那么容易的路线。

综合这一点考虑,入门的话推荐以下方案:

  1. 虚拟机软件:VirtualBox、VMWare (个人使用免费) 等
  2. 操作系统:Ubuntu 最新的稳定版(当前为 24.04 LTS)
  3. 文本编辑器:gedit + Visual Studio Code

虚拟机可避免过早地掉进驱动折腾的坑,快速进入状态;Ubuntu 作为一个强调易用性、面向桌面应用的发行版,在预置的工具等各方面都有比较好的支持;gedit 是一个小巧好用的文本编辑器,Visual Studio Code 是一个功能丰富,扩展性极强的编辑器,在各领域的开发都能有统一的开发体验,且上手门槛不高,与 gedit 配合下,基本上可以满足入门阶段绝大多数的文本编辑需求。

若你不想用虚拟机的话,一个备选的方案是 Windows + WSL 来实现,可能会遇到一些操作系统兼容的坑;苹果玩家也可直接基于 macOS 去做开发,当然苹果生态的 CLI 可能不如 Linux 的支持丰富,可能根据需要还需要配合 Linux 服务器折腾。

更具体的操作因人而异,且有些时效性的局限,这里就不再赘述。网络上已有不少的教程,带着上述的目标,找一个合适自己的方案就可以,你还可以和身边同学互相抱团,多分享和总结,少走一些弯路。

贴一些坛友的操作经验分享:

  1. 在 Windows 下用 GCC 编译器练习 C/C++ 的教程 - 0xFFFF
  2. Win10系统下的Windows Terminal+WSL配置指南 | Charfole's Blog
  3. Windows 下使用 VSCode 作为 C/C++ IDE

进一步的延伸

当你在 Linux 体系逐步落脚以后,在它的使用过程中,你可以作更多的折腾和研究,在身边的爱好者间可以多一些交流。对于 CLI 的使用,还可以关注 MIT 的 Missing Semester 课程(在这里也有提到),内容是一系列关于 CLI 工具的讲座,可以帮助你对此建立更深入的理解。

若你想对此有更深入体会,建议挑战下完全在 Linux 桌面下工作生活乃至游戏,虽然 Linux 在桌面领域还有些落后于 Windows 和 macOS,作为程序员的浪漫,在学生时代有比较多专注时间的状态下,可以多多尝试和折腾,在尝试攻克一些自己不爽的难题的过程,也会大大提升你的问题解决能力。Linux 也是历史发展的一点趋势,许多常用软件(如微信、QQ)都有适配 Linux 桌面的版本,上手难度相比于过去要小很多。

若你仍放不下 Windows 的软件或是打游戏,可以考虑单独为此配一台主机,结合旧版平台与二手硬件,可以把成本控制得足够低廉可接受,具体在这里有一个讨论:适合 CS 入门折腾的 Linux 主机配置方案? - 0xFFFF

参考链接

  1. 冯·诺依曼体系结构 - 百度百科
  2. 命令行界面 (CLI)、终端 (Terminal)、Shell、TTY,傻傻分不清楚?
  3. 文件系统 - 维基百科
  4. 文件 - 维基百科
  5. Logical Block - WikiPedia
  6. gedit - GNOME
  7. VSCode 官网
  8. MIT 推出的“磨刀”课程 - The Missing Semester of Your CS Education - 0xFFFF