代码阅读与实践 Lecture 1 主讲人：胡亚斌

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1 代码阅读与实践 Lecture 1 主讲人：胡亚斌 E-mail：yabin.hwu@gmail.com
大规模集成电路设计应用与实践 系列课程之 代码阅读与实践 Lecture 1 主讲人：胡亚斌

2 课程内容 知识背景 代码阅读那些事 代码阅读工具 1 2 3 本次课的目的 1.介绍相关背景知识
2.引入代码阅读的观念： 代码阅读关心代码整个生命周期 3.介绍代码阅读的常用工具

3 知识背景 代码阅读 系统工具 编程范型 计算机体系结构

4 代码阅读那些事 代码阅读的目的 代码阅读有哪些事 阅读什么样的代码 从哪里获取代码

5 代码阅读工具 工具决定 效率 Linux 平台 Native Windows 平台 虚拟机 Cygwin

6 知识背景之 编程范型

7 代码的世界 请英语专业的肖芬同学讲讲人类自然语言世界的语系，语种。 讲解自然语言与程序设计语言的联系和差别
都有类似的相同的要素。都有类似的相同的学习技巧。都是在发展的。 程序设计语言是人为创造的，因而，必须有一些思想层面的，思维方式层面的东西指导人类去设计出一种程序设计语言。 这些思想层面的，思维方式层面的东西（世界观与方法论）就是程序设计语言范型。（引出后面范型的讲解）

8 常用程序设计语言统计 From langpop.com 还可以参考 TIOBE index

9 提几个问题 听过以下说法吗？ 谁知道下面C语句给n赋什么值？ 为什么我的程序调试时完全正确，Release生成的程序却出了错？
我学的是VC程序设计。 我学的是6.0 版本的C++。 谁知道下面C语句给n赋什么值？ m = 1; n = m+++m++; 为什么我的程序调试时完全正确，Release生成的程序却出了错？ 过程调用、函数调用及方法调用，是不是一个东东？ 到底该学哪种语言呀？ 学啥语言好找工作？

10 程序设计语言那点事 什么是编程语言范型（Paradigm）？ 什么是架构（Architecture）？
什么是设计模式（Design Pattern）？ 什么是框架（Framework）？ 什么是库（Library）和工具包（Toolkit）？

11 程序设计语言范型 形成许多程序设计语言的一个原因：计算过程可以有许多不同的看法，由此产生了不同的计算模型（范型，Paradigms） 。
通常，把范型作为一种能够操纵相关活动集合的思想模式。程序范例就是一种问题模式，这种问题可以解决一些特殊类型的程序和语言思想。 程序设计语言世界的世界观与方法论。 基于不同计算范型产生了不同的语言类（语言范型）。主要有： 过程式范型（Procedural，或称命令式，Imperative） 函数式范型（Functional） 逻辑式范型 （Logical） 面向对象范型（Object-Oriented） 并发式范型（Concurrent） …… 为啥要讲程序语言范型？跟代码阅读有何关系？ 有助于程序员的成长。 程序员成长的4个阶段（境界）： 学会 —— 掌握一些具体编程知识的初级程序员。 会学 —— 能快速而深刻的理解技术并举一反三的程序员。 会用 —— 能将所学灵活运用到实际编程设计之中的高级程序员。 被用 —— 能设计出广为人用的应用程序、库、工具包、框架等的系统分析师和架构师。更高的境界是，发明主流的设计模式、算法、语言，乃至计算理论等等。 你也许还听说过下面的词汇 说明式语言（Declarative） 脚本语言（Scripting Language） 孟子说过：“劳心者治人，劳力者治于人”

12 过程式范型 把计算看成一系列操作的执行，基本计算元素是一组基本操作。计算在一个环境里进行，操作的效果就是改变环境的状态：
语言提供一组基本操作和一组描述组合操作的手段，提供的抽象手段是定义新操作（定义过程）。过程实现大步的状态变换。 写程序就是描述操作执行的顺序过程，描述状态和状态的变化常规语言，如C，Pascal，Fortran 等等，都是命令式语言。

13 函数式范型（Functional） 把计算看成对数据的函数变换，一个计算就是一系列函数变换。
基本计算元素是一组基本函数，语言提供各种函数组合机制（复合、函数选择），抽象手段是定义新函数（允许递归定义）。 最早的函数式语言是 John McCarthy 开发的Lisp。目前最重要的函数式语言包括Scheme，ML 和Haskell 等。 函数式编程让人重回数学思维

14 面向对象的范型（Object-Oriented）
把计算看成是一批独立对象相互作用的效果。OO语言提供描述对象及其行为的机制，以及描述对象之间相互作用的机制 纯OO语言有Smalltalk，Java 等。其他支持OO 概念和编程方法的语言包括C++，Ada95等。这些都是基于命令式行为描述的OO 语言。也有采用函数式的或者其他范型做行为描述的OO 语言。

15 声明式语言（Declarative） 包括逻辑式语言（Logical），关系式语言（Relational），基于限制的语言（Constraint） 基本想法是只描述需要做什么，不描述怎样做。例如：描述被计算对象之间的逻辑关系；问题的解应满足的条件约束。语言的实现提供一个通用过程，它能根据具体的说明性描述产生出所需的结果。 例：逻辑式语言Prolog；数据库查询语言SQL；近年很受重视的Constraint Language 和Constraint Programming 范型的分类：命令式和声明式，这是从编程的理念和风格上说的 命令式编程是行动导向的（action-oriented），算法是显性的而目标是隐性的； （因而阅读命令式语言代码很困难，更不幸的是，命令式语言占绝对统治地位） 命令式编程是目标驱动的（Goal-Driven），目标是显性的而算法是隐性的；

16 命令式语言 vs 声明式语言 示例： 阶乘的计算 factorial int factorial(int n) { int f=1;
for(; n > 0; --n) f *= n; return f; } (defun factorial(n) (if (= n 0) 1 (* n (factorial(- n 1))))) 函数式 命令式 factorial(0,1). factorial(N, F) :- M is N-1, factorial(M, Fm), F is N * Fm. 逻辑式

17 并行编程范型 经典的运筹学问题 烧水泡茶 方案一：洗茶杯；放茶叶；灌水壶；烧水；水开后泡茶。
方案二：灌水壶；在烧水的同时，洗茶杯；放茶叶；水开后泡茶。 如果我们有两个服务员，情况会发生什么变化？

18 脚本语言（Scripting Language）
从操作系统的命令语言和文本处理语言发展起来的一类语言。通常： 提供一批高级数据结构，提供灵活的变量、函数、对象等定义和使用方式 采用解释方式实现，使用灵活方便 许多脚本语言提供了高级的文本处理功能

19 其他语言 文本描述语言Postscript，也是一种完整的程序设计语言 仪器控制语言Forth，是一种完整的基于堆栈的程序设计语言
硬件描述语言Verilog 和VHDL ……

20 推荐读物 推荐阅读基础： 熟练掌握一门命令式语言如C或Java
熟练掌握一门脚本语言如shell script, matlab 或 Python

21 推荐读物 推荐阅读基础： 对各种编程语言有较深的功底。

22 实例：泛型范型 感受泛型编程力量之强大

23 实例： 泛型范型（1） 从一个整数数组中随机抽取十个数，对其中的素数求和。 将一个无序整数集中所有的完全平方数换成其平方根。
从学生成绩表中，列出门门都及格且平均分在70分以上的学生名单。 在一个着色二元树中，将所有的红色结点涂成蓝色。 将一个字符串从倒数第3个字符开始反向拷贝到另一个字符串中。 每从标准输入读取一个非数字的字符X，于标准输出打印“X不是数字字符”。

24 实例： 泛型范型（2） template <class Iterator, class Act, class Test>
void process(Iterator begin, Iterator end, Act act, Test test) // 对容器中在给定范围内（即起于begin止于end）所有满足给定条件的元 //素（即test（元素）==true）进行处理（即act（元素）） { for ( ; begin != end; ++begin) // 从头至尾遍历容器内元素 // 若当前元素满足条件，则对其采取行动 if (test(*begin)) act(*begin); }

25 实例：Ruby版 duck typing 感受动态绑定之美

26 实例： duck typing (1) //Ruby代码实现 class Duck def shout
puts 'gagaga' end def swim puts 'yayong' class Frog puts 'guaguagua' puts 'wayong' def ShoutAndSwim(animal) animal.shout animal.swim end ShoutAndSwim(Duck.new) ShoutAndSwim(Frog.new) //Ruby代码实现

27 实例： duck typing (2.1) //如果用C++代码实现呢？ class animal { public:
virtual shout() = 0; virtual swim() = 0; }; class duck : public animal { void shout() { std::cout << "gagaga" << std::endl;} void swim() { std::cout << "yayong" << std::endl;} class frog : public animal { void shout() { std::cout << "guaguagua" << std::endl;} void swim() { std::cout << "wayong" << std::endl;} //如果用C++代码实现呢？

28 实例： duck typing (2.2) //如果用C++代码实现呢？ void ShoutAndSwim(animal *anmal)
{ anmal -> shout(); anmal -> swim(); } int main() { duck *dk = new duck(); frog *fg = new frog(); ShoutAndSwim(dk); ShoutAndSwim(fg); //如果用C++代码实现呢？

29 实例： duck typing (3) //Ruby代码实现 class Cock def shout puts 'wowowo' end
class Fish def swim puts ‘freestyle' def ShoutOrSwim(animal, flag) flag ? animal.shout : animal.swim end ShoutOrSwim(Cock.new, true) ShoutOrSwim(Fish.new, false) //Ruby代码实现

30 实例： duck typing (4) //如果用C++代码实现呢？ class Cock { public:
void shout() { std::cout << "wowowo" << std::endl;} }; class Fish { void swim() { std::cout << "freestyle" << std::endl;} void ShoutOrSwim(animal *anmal, bool flag) { if(flag) //会报错 anmal -> shout(); else anmal -> swim(); } int main() { Cock *ck = new Cock(); fish *fh = new fish(); ShoutOrSwim(ck, true); ShoutOrSwim(fh, false); } //如果用C++代码实现呢？

31 知识背景之 计算机体系结构

32 计算模型 计算机硬件由连接起来的一组硬件器件构成，其作用是实现机器语言程序描述的计算过程。从使用者的角度看，其内部实现方式可以不必关心，只需要关心它所提供的机器语言（指令的形式和意义） 即使具体硬件改变了，只要机器语言不变，使用方式就不必改变，以前写的程序仍然可用。因此： 机器语言可以看作计算机硬件的一种“抽象”。一种机器语言对应于一类计算机，或说对应于一种“抽象计算机”（抽象机）。如：X86 机器语言 一种高级语言也可以看作是一种抽象“计算机”的机器语言例如，C 语言，可看作一台能够直接执行C 语言程序的高级“计算机”的“机器语言”。该“计算机”提供了C 语言所提供的各种基本的和高级的数据结构，能执行C 语言的各种基本计算，基本操作和控制结构 常常没有这种计算机，需要考虑在已有的计算机上实现它

33 计算机科学基本原理 计算机科学 基本原理 计算的世界最重要的能力 —— 抽象 何以为科学？ -- 计算思维！ 未来我们这门课的名称会发展为
代码世界 —— 计算思维视角 基本原理 Amdal 局部性原理 90/10 (80/20) 原理 计算的世界最重要的能力 —— 抽象

34 推荐读物 推荐阅读基础： 学完计算机组成原理或微机原理课后立即开始阅读

35 推荐读物 推荐阅读基础： 研究生入学前或一年级，本科四年级阅读量化第三版

36 知识背景之 系统工具

37 用户态与内核态 高地址 使用nm查看用户态程序的符号表内容 使用System.map(内核符号表)查看内核符号表内容 堆和栈的概念！！！
低地址

38 加载器与连接器 推荐阅读

39 ABI 与相关工具 可执行文件格式 工具 Linux： ELF， COFF Windows： PE readelf objdump head
nm

40 解释与编译

41 推荐阅读：编译和解释 41

42 代码阅读那些事之 目的、内涵和方法

43 代码阅读的目的 代码作为文献 代码作为范例 维护 演进 重用 审查 英语阅读的教学目的： 1、阅读理解能力和阅读速度 2、逻辑思维能力
3、培训细读、略读、查阅等阅读技能 4、词汇量、语言和文化背景知识

44 代码阅读有哪些事 读 译 行 改 阅读静态源代码，勾勒代码执行流和物理组织图和逻辑组织图。
对程序进行编译，汇编，链接等操作。阅读其代码低层形态。 译 运行编译得到二进制文件，观察代码运行态。结果与在“读”阶段得到的理解进行对比，剖析。 行 对代码进行修改，对修改后的代码行为进行预测。 改

45 阅读哪些代码 对我帮助最大的几次源码阅读 OpenCV Qemu Linux 0.11 STL 编程风格 代码功能

46 推荐几本书

47 如何获取源代码 网站资源 开源世界仓库管理员： 版本控制软件 Google Code： http://code.google.com/
Sourceforge： CodeProject： Codeplex： CSDN ： PUDN： 开源世界仓库管理员： 版本控制软件 SVN Mercurial hg git

48 代码阅读工具之 信息检索、逻辑构造和思维表达

49 代码阅读工具 Linux 篇 Windows 篇 find, grep, awk, sed
Make (GNU makefile, Autotools) Vim IDE -- Eclipse， CODE::BLOCKS Windows 篇 Source Insight Visual Studio + Visual Assistant X

50 其它工具 - XMind

51 其它工具 - SmartDraw

52 其它工具 - OneNote

53 课后作业(1) 浏览wiki上关于编程语言的网页 浏览冯.诺依曼计算机结构和非冯氏计算机结构资料 PPT 第7页图中哪些不是编程语言？
浏览冯.诺依曼计算机结构和非冯氏计算机结构资料 PPT 第7页图中哪些不是编程语言？

54 课后作业(2) 安装Linux系统 Linux脚本编程
一个大型C++开源项目，源代码统一放在src目录下。为使得代码更加清晰，便于维护。现将所有头文件放置在src/include目录下。则所有#include命令必须更改。 如：将 #include “header.h” 改为 #include “include/header.h” 请用find,grep,sed命令编写linux脚本实现本功能。 54

55 程序设计语言花儿朵朵之 Python

56 飞翔的马戏团 巨蟒组（Monty Python）是英国六人喜剧团体，早在七、八十年代他们就开始了恶搞，他们的电视喜剧系列“Monty Python and the Flying Circus”在七十年代风靡全球。这部系列剧被誉为英式无厘头的始祖, BBC最伟大的电视节目第五名。

57 Guido van Rossum Guido原居荷兰，1995移居到美国，并遇到了他现在的妻子。在2003年初，Guido和他的家人，包括他2001年出生的儿子Orlijn一直居住在华盛顿洲北弗吉尼亚的郊区。随后他们搬迁到硅谷，2005年至今，Guido在为Google工作（其中有一半时间是花在Python上）。 Guido在1982年获得阿姆斯特丹大学的数学和计算机科学的硕士学位，并于同年加入一个多媒体组织CWI，做调研员。1989年，他创立了Python语言。

58 Python历史 Python的创始人为Guido van Rossum。1989年圣诞节期间，在阿姆斯特丹，Guido为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，做为ABC语言的一种继承。 ABC是由Guido参加设计的一种教学语言（没听说过）。就Guido本人看来，ABC这种语言非常优美和强大，是专门为非专业程序员设计的。但是ABC语言并没有成功，究其原因，Guido认为是非开放造成的。Guido决心在Python中避免这一错误（的确如此，Python与其它的语言如C,C++和Java结合的非常好）。同时，他还想实现在ABC中闪现过但未曾实现的东西。 就这样，Python在Guido手中诞生了（真要感谢他）。实际上，第一个实现是在Mac机上。可以说，Python是从ABC发展起来，主要受到了Modula-3（另一种相当优美且强大的语言，为小型团体所设计的）的影响。并且结合了Unix Shell和C的习惯。

59 第一门编程语言 MIT选择Python作为大学第一门编程语言或者专业导引课的主要内容传授。
MIT Introduction to Computer Science and Programming MIT Introduction to EECS I UIUC, stanford选择了Java

60 Python特点 开源产品，丰富的模块和库 良好的粘合语言，它可以调用c和java编写的库
代码优雅，风格严谨 （space-sensitive） Python也被称为是一门清晰的语言。因为它的作者在设计它的时候，总的指导思想是，对于一个特定的问题，只要有一种最好的方法来解决就好了。这在由Tim Peters写的python格言（称为The Zen of Python）里面表述为： There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it.

61 Thank you

62 下节预告：HelloWorld 的前世今生
#include <stdio.h> int main() { printf(“hello world!\n”); return 0; }

63 Backup 备用幻灯

64 明朝那些事儿 作者： 当年明月

65 自然语言语系、语种 现今全世界现存的语言约为5000种。北京大学的徐通锵和胡吉成两位教授将世界语言分类为13个语系，45个语族。这种分类从民族起源、语言发展等诸多因素的关系，另外在总结世界各国特别是原苏联（俄罗斯）语言学家对语言的归类的基础上形成的，基本上与世界上广泛采用的语言系属归类相吻合。 汉藏语系 印欧语系 高加索语系 乌拉尔语系 阿尔泰语系 达罗毗荼语系 南亚语系 南岛语系 闪含语系 尼日尔-科尔多凡语系 尼罗-撒哈拉语系 科依桑语系 北美印第安语系

66 认识语言的生命周期 一个人或一个设计组，根据对一批基本要素的考虑，提出有关语言的基本构想，定义该语言的语法形式和语义;
实现一个语言处理系统，使这个语言能实际用于程序设计; 通过一些人的使用和反馈，修改完善语言的设计. 少数比较成功的语言可能进入下面阶段： 将语言的处理系统提供给更大范围的用户，并得到更多反馈 除语言设计者（拥有者）外的其他人参与语言实现的研究和开发，并引起软件产业界的注意，形成语言的处理系统产品和用户社团 受到标准化组织的注意，成立相应标准化小组（公司语言有版权问题） 经过认真的标准化工作，推出语言的标准化文本

67 Top CS Programs in USA

68 10000小时法则 走向成功的10000小时法则： 在学习的过程中，完美掌握某项复杂技能存在一个练习最小临界量。事实上，研究者们就练习时长给出一个神奇的临界量：10,000小时。 参阅 ：