為什么突然想寫這個話題呢？最近有不少新關注的讀者，在后臺問：大學學 Java 和 C++ 哪個好找工作，學前端好還是后端好，該學 Vue 還是 React。。。仿佛看到了自己當年的模樣，所以覺得有必要單獨寫一篇文章，單純以一個計算機應屆畢業生的身份聊聊，我認為大學四年，計算機科班學生應該學些什么，哪些才是重點。同樣大學四年，為什么有些同學畢業就能成為大廠 Offer 收割機，各種 SP、SSP 拿到手軟，有的同學明明在學校寫了好多網站，項目經歷滿滿，經歷春秋招，卻找到一份工作都很難。不能說后者沒認真學習，或許是用力的方向不對。話不多說，直接進正題吧。

人類的知識邊界一直在不斷的擴張，俗話說學無止境，這放在計算機領域也同樣適用，計算機本身是一個人造科學，不屬于自然科學。每年，甚至每個月都不斷有新的編程框架推出，學到頭禿你也學不完，也沒有必要去挨個學。并且你會發現，很多一二線大廠內部用的東西基本都是自己搞一套的，比如服務發現、RPC、KV、DB、消息隊列、日志、監控等等。所以一般這些大廠招聘的時候基本不會因沒學過某種框架而掛你，反正很多東西都是要進來重新學的。他們會更加關注你的基礎知識、解決問題的經驗以及聰明度這種更加通用的能力上。反而是一些小公司，可能會要求你必須會 Spring、Vue、Redis... 這些框架或者組件。

在這里，我粗淺的把計算機編程領域的知識分為三個部分：

基礎知識

特定領域知識

框架和開發技能

基礎知識是指不管從事任何方向的軟件工程師都應該掌握的，比如數據結構、算法、操作系統。特定領域知識就是你從事某個細分方向時需要掌握的知識，比如做游戲引擎的需要掌握圖形學；做前端的需要掌握瀏覽器渲染原理、前端三大件；算法工程師需要更多的數學知識。畢竟計算機各種門類挺多的，需要選個細分方向專研下去，什么都學只會什么都不精（大佬除外啦。

現在大環境比較浮躁，很少有人愿意花心思在基礎上，喜歡直接學 Python 搞機器學習、寫秒殺、做商城。找工作的時候都是想看面經、總結速成。但是作為優秀的計算機系學生的你怎么能流于各種編程框架（造框架除外），糾結學 SpringBoot 還是 SSH 呢？把時間花在算法、基礎學科上他不香嗎？功利一點講，回報反而會更大。況且在計算機領域，很多基礎的理論并不十分高深，我們努努力就可以掌握其中的核心知識。

一、基礎知識

1.1 數學

首先說明，這里把數學列出來不是為了顯得高端，而是自己吃過數學的虧。如果你是自學轉行當程序員，我當然不會推薦數學，因為轉行的大概率是去學 Java、前端這類，對數學基本沒啥要求。但是這篇文章主要面向的是還在大學的科班學生，這部分同學以后也許會去做算法（CV、NLP之類）、游戲引擎、信息安全編碼等這些方向對數學要求就會偏高，在計算機領域，線代、概率論、統計學這些數學分支相對比較重要，計算機本質上還是離散的。比如在機器學習或數據挖掘中常常用線性代數來降低數據維度，很多問題最終都能化為求解線性方程組。所以為了避免以后想走這些方向卻被數學卡住，在大一、大二上數學課的時候就好好的學一下。書到用時方恨少，不要現在以為沒用處就不好好學，等你需要的時候，就知道后悔了。（默默流下了不學無術的眼淚┭┮﹏┭┮什么？你說以后肯定做開發方向？那的確可以把數學優先級放后面一點，用得確實不多，不過上數學課的時候總該認真聽下吧，拿個高績點也是百利無一害嘛。說不準哪天你又想加入算法內卷大軍呢？

1.2 C語言

你也許會很疑惑，這里明明說基礎知識，為什么要把一門編程語言單獨列出來呢？因為在我看來，沒有比 C 語言更適合用來理解計算機系統了。我們后面將會提到的操作系統、體系結構 這些東西非常適合用 C 語言去理解或者去實踐。并且 C 語言本身的語言特性非常少，但是想學好又是不容易，很多人都覺得 C 語言難，難在哪里呢？回想了一下我大一時的感受：

簡陋的標準庫，幾乎沒有可用的數據結構和算法，什么都得自己來

指針很難理解和使用

需要了解匯編、鏈接、裝載、內存等才能把 C 語言用好

不巧的是，這些東西正是計算機系統知識的一部分，所以用 C 語言作為學習計算機系統知識是最有效率的方式。真的很難想象用 Java 或是 Python 去給別人講解內存，因為這些語言抽象程度都比 C 語言高，意味著離計算機系統也就越遠。在 TIOBE 編程語言排行榜上，C語言幾乎永遠占據前三位，其地位自然毋庸置疑。

而且幾乎你開發中用到的很多東西都是用C語言編寫的，Linux、Nginx、Redis、MySQL、Git......或許你會想要探究下原理，閱讀點這些開源軟件的源碼，那么 C 語言也是你必備的瑞士軍刀。深入學習 C 語言，能夠了解計算機底層的執行原理，是理解程序運行機制的絕佳語言，無出其右。

所以對于計算機科班來說，不管你是做前端還是后端，算法還是開發，C 語言都建議你好好學習。這是無關方向的一門語言，就是基礎！

1.3 操作系統

我們編程的 IDE、寫出來的程序全部都需要運行在操作系統上，說操作系統是計算機軟件的基石也不為過。程序運行起來就需要創建進程，這涉及到操作系統的進程管理；寫程序需要定義變量、存儲數據吧，這又涉及到內存，對應內存管理；有時候我們還需要讀寫文件，這又離不開和文件系統打交道；你需要學習使用鎖、條件變量、臨界區來保證程序并發執行時不會錯亂。而讀寫文件、分配內存這些又離不開系統調用（System call）。并且當你真正做起工程就會發現，很多問題是和操作系統緊密相關的，不理解操作系統，你連問題的原因都分析不出來。比如前段時間我們出現的在基于協程(libco)的框架下，使用多線程的鎖去做同步互斥偶發死鎖，后來分析才發現原因：由于協程是應用層實現的，一個線程內多個協程對于操作系統是感知不到的:

當一個協稱 A 上鎖后發起網絡 IO 請求，這個時候會被切換到另外一個協程B，而協程 B 又去請求這個鎖。那么這個時候操作系統會認為這個鎖已經被上了，因此會將協程 B 對應的線程掛起到等待隊列，這樣的話就導致協程 A 永遠無法運行，也就無法釋放鎖，導致死鎖。解決的方法也很簡單，就是將鎖設置為可重入鎖，可重入意味著同一個線程多次去請求同一個鎖不會導致掛起。這樣當協程 B 再去請求鎖的時候，操作系統就會認為協程 B 所在的線程已經持有這個鎖了，直接返回，繼續執行。總之，我們寫程序每時每刻都在和操作系統交互，沒有理由不學好。

1.4 編譯原理

編譯原理可能是我們平時接觸得最少的了，大家也許會覺得自己又不用去造新的編程語言，學編譯原理干啥。學好編譯原理有啥用？你會站在更高的角度去審視這些編程語言，看到的不再是表面的語法，更會想到語法背后的實現。這種感覺很透徹，就像搞懂了操作系統、體系結構你會明白一個程序從雙擊鼠標開始，到底是如何被運行起來的，這種掌握一切細節，透徹的感覺，真的很奇妙，不信你去試試。說人話！那學了編譯原理你能干啥？當你學完有限狀態機以后，你會發現以前覺得很牛逼正則表達式似乎自己也能用 DFA、NFA 實現一下了。狀態機的思想在編程中很多地方都用得上。比如解析 HTTP 協議，如果沒學過狀態機思想，你可能會一行行的 if/else 去做解析，這里最麻煩的地方在于，if/else 需要提前將 HTTP 頭部字段都接收到再來判斷，而我們知道 HTTP 基于 TCP，而 TCP 是流式傳輸，所以你很有可能是幾個字符一組組接收到的，這個時候用 if/else 寫出來就很難看了。而用狀態機編寫起來代碼就會非常優雅。狀態的轉移是由規則驅動的，接收到一個字符就判斷一個，非常的方便。繼續學完語法分析，你會掌握遞歸下降分析這樣非常重要的思想，你可以使用遞歸下降快速的實現四則運算計算器。如果不用遞歸下降你可能需要先中綴表達式轉后綴，然后求值，這是我們大一數據結構課寫的，當時用棧寫的，有點麻煩。后來學完編譯原理，又用遞歸下降重寫了一遍，區區幾十行代碼遍搞定。還有一類場景在實際開發中的用的很多，比如淘寶、京東這樣的電商，它們的營銷規則有很多，比如滿減、直減、跨店等等，這樣的規則是不可能寫死在代碼里的。那是怎么做的呢？一般會實現一個配置系統，并設計一個DSL（領域特定語言）來表達這些規則，將規則直接配置到系統中，這樣可以非常方便的修改，那么如何在代碼里去解析 DSL 定義的規則呢？這就需要為 DSL 寫一個語法解析器，這里就會用到語法分析的方法。DSL（Domain Specific Language），是一種用于某個特定領域的程序設計語言。這種特定于某個領域是相對于 C、C++、Python 這種通用語言而言的，通用語言可以在各個領域使用，我們熟悉的大多數程序設計語言都是通用語言，它們都是圖靈完備的。像我們平常經常使用的 JSON、SQL、HTML 這些都算是一種 DSL，你甚至可以嘗試用遞歸下降去寫一個 JSON、XML 解析器，這比寫電商網站更有價值的。繼續往下學你會了解到抽象語法樹 AST 如何生成、如何轉化為中間代碼、如何對中間代碼優化、最終又是怎么生成機器指令的。你會看到貪心算法在寄存器分配中的應用，也會看到圖論中的可達性分析又是如何實現死代碼消除。IDE上面那個綠色的編譯按鈕對你不再是黑魔法。為啥點一下就能生成可執行的程序？你寫的英文字母又是如何變成一個個二進制指令的？學完編譯原理，這些通通不是問題，媽媽再也不用擔心你的學習~當然完成一個像 GCC、Clang 這樣的編譯器難度太高太高，我們學習編譯原理的目的也不是去造這樣的輪子，而是為了更好的理解和運用編程語言。

1.5 體系結構&組成原理

上面說的都是軟件層面，體系結構則是關于計算機是如何工作的，你會了解到典型的存儲程序計算機是怎樣運轉的。記得南大有個老師說過 “我們不是學習使用計算機的，而是學習如何造計算機”，雖然造計算機有點夸張，但是至少我們得了解下計算機的實現原理，了解下代碼是怎么被 CPU 執行的吧？不然其實你會很困惑，明明一堆英文字母，怎么在 CPU 這種電路上跑起來的，我大一學 C 語言就百思不得其解，直到后來學了組成原理和數字邏輯。我們說計算機中一切都是 0、1，0、1 又是通過高低電平來表達的，通過與、或、非等邏輯門電路來表達二進制的數值運算，再將這些簡單的電路集成在一起，就形成了 ALU 等具有運算能力的處理器。你會看到一條指令是如何被CPU執行的，CPU 從內存或 Cache 中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。譯碼就是按照指令的編碼規則，將指令拆分成一系列的微操作和操作數。然后發出各種設備控制指令，執行微操作。這樣就完成一條指令的執行。我們說學完編譯原理，能夠明白寫的英文代碼是如何被變成二進制指令的，學完操作系統能搞懂二進制程序是如何被鏈接在一起，又是如何被操作系統加載、執行的。而組成原理則會告訴你二進制指令是如何控制 CPU 跑起來的，我們的操作系統本質上也是一個二進制的程序。當你理解了計算機存儲層次結構，理解了多級 Cache，你就會通過優化數據訪問方式來編寫出速度更快的程序。你會學到底層體系結構對 C 這些語言的棧幀和參數傳遞的支持，參數是如何被傳遞給另外一個函數的？函數的返回值又是如何拿到。這是學習組成原理對于寫代碼的意義。學這些到底有什么意義？你會完整的看到寫的代碼如何變成二進制指令，又是如何去控制各種門電路，最后變成屏幕上花花綠綠的程序的（當然這里可能還需要學習顯示器的原理），這就是我們常說的“基礎”和“原理”。并且計算機體系結構中的很多思想，是能夠廣泛運用于現代軟件開發的，比如 CPU 的多級 Cache 思想，就是我們現在服務器開發中提高并發度常用的緩存技術，包括緩存的替換策略等等。當計算機對你不再是黑盒，你了解寫下的代碼到執行的每一步，而這也將成為你以后的核心競爭力，作為科班畢業生不應該只會使用 Java、Redis、Mysql、Spring 來寫各種網站。如果讀者里有半路轉行或者從培訓班出來的，也希望你們能夠抽出空余時間去補補這些基礎課，這會讓你在編程這條路上走的更遠和更穩。