计算机基础知识对程序员来说有多重要?-技术圈

点击「阅读原文」查看良许原创精品视频。

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？

这是一个知乎上的热门问题，以下是我的回答。

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
。。。

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：

二叉树搜索用于中断处理、登记缓存查找等
哈希表，用于实现索引节点、文件系统完整性检查等
红黑树用于调度、虚拟内存管理、跟踪文件描述符和目录条目等
Radix 树，用于内存管理、NFS 相关查找和网络相关的功能
......

上面这些例子是关于数据结构的，我再举一个算法的例子。

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。

二、操作系统

先来看一下操作系统都有哪些内容。

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。

例子来源于知乎大佬 @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！

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

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

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。

良许个人微信

添加良许个人微信即送3套程序员必读资料

→ 精选技术资料共享

→ 高手如云交流社群

本公众号全部博文已整理成一个目录，请在公众号里回复「m」获取！