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[编程~新闻报]每周编程新闻报001期

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//====[本周热点]====//
我们从WWDC 2014收获了什么?
[概要]
本周,WWDC 2014正式召开,苹果推出了全新的Mac OS X系统——Yosemite、iOS 8移动系统和新编程语言Swift。其中对程序员影响最大的莫过于Swift。对此,Rust语言创始人Graydon Hoare特地撰文,写出自己对Swift的看法。
1. WWDC 2014关键词:Yosemite、iOS 8、新编程语言Swift
WWDC 2014,苹果推出了全新的Mac OS X系统——Yosemite、iOS 8移动系统和新编程语言Swift。具体信息如下:
Yosemite系统主要在三个方面做出了改变:界面、应用和适用性,这具体表现在系统界面更加靠近iOS设计风格,引入iCloud Drive云同步以及邮件大附件自动转换成安全链接的分享功能。
iOS 8与上一代iOS 7在界面上区别并不大,但iOS 8在功能上进行了优化,比如输入法、短信、通知中心和搜索等,iOS 8中还新增了健康管理功能HealthKit,这也是可穿戴设备的管理中心。
Swift是一种支持代码效果实时预览的语言,Swift不仅能兼容Objective-C,在各个方面也都优于它,Swift能够通过非常少的代码来实现更多的内容。Swift使开发者可以快速、高效地开发应用。
2. Rust创始人Graydon Hoare:我对Swift的看法
近20年来,苹果一直把Objective-C作为主要的编程语言,而在WWDC 2014上,苹果推出了一个全新的编程语言Swift。对此,Rust语言创始人Graydon Hoare在看完Swift的指南后,写出了自己对这个新编程语言的看法,内容如下:
和许多其他的编程语言一样,Swift可被LLVM编译为本地代码,运行速度特别快,可供很多原生设备使用;但是其广泛地借鉴了C#语言和Rust语言,我对此很有意见;Swift采用var声明变量和let声明常量;结合if和let,可方便处理可空变量;Swift支持本地类型推断、整理数值类型,但不支持隐式强制转换,所有的代码需要转化为显式类型;Swift看起来并不像是个表达式语言等。
3. 继智能手机后的下一个战场:智能家居
在WWDC 2014上,苹果发布了智能家居管理应用HomeKit,正式宣布进军智能家居领域。早些时候,谷歌、三星等巨头均采取措施进军智能家居领域,而智能家居也将成为继智能手机争霸赛后的下一个战场。在听闻苹果要进军该领域后,业界认为苹果会在智能家居领域获得成功,原因如下:
保障用户体验:如果第三方厂商要接入苹果智能家居平台,必须要获得与“Made For iPhone”相似的苹果官方认证,这无疑给制造商设置了障碍,而苹果就可以确保客户获得一致的用户体验。
众多合作伙伴:目前苹果拥有众多合作商,这些厂商的产品已经在苹果零售店销售配件。在智能家居平台亮相后,苹果还会很快吸引更多的合作商。这也是谷歌及各家公司欠缺的。
安全性:有了谷歌的例子,苹果无疑会把“保护用户的隐私和安全”当成自己推销智能家居产品的卖点,而相对封闭的iOS也要比开源的Android更安全些。
4. 编码从娃娃抓起:12款帮助学习代码的游戏
随着科技的不断发展,编码变得越发重要。近日,国外科技网站VentureBeat整理出了12款可帮助儿童学习编码的游戏。一起来看下吧!
Lightbot和Lightbot Jr.:可教小朋友一些诸如规划、程序、测试、调试等的应用开发概念。
Kodable:可让小朋友在很小甚至不识字的时候锻炼他们的编程思维能力和一些编程知识。
SpaceChem:该游戏的难度适合青少年,包括高中生和大学生,玩游戏的同时能够学会编程。
Code Combat:有超9千关关卡,玩家可通过其来提升编码水平,每个关卡都有语音操作提示。
即使你的孩子以后不用靠编码来养活自己,多学些编码知识,可以提高孩子解决问题的能力,锻炼他们的思维等。
5. 用户需要“删除”搜索吗?
最近谷歌在欧洲地区允许用户申请删除搜索,并在短短的一天内,收到了来自欧洲居民的12000多个请求,要求行使他们的“被遗忘权利”。用户为什么需要进行删除搜索呢?海量的内容对于用户是一种红利。而对于搜索引擎来说,却是一种累赘,信息大爆炸不仅仅只出现在社交网络中,内容量庞大的其他互联网平台依然是信息大爆炸的灾难区,UGC、平台自贡献,都是都是灾难的一份子。
越来越多的海量的内容出现了一个较为明显的状况:过期的信息被用户主动放弃,即使搜索引擎将这些内容呈现出来,对于用户也是用的,这部分信息垃圾随着逐年的沉淀而对搜索引擎造成极大污染。
6. 谷歌推端到端加密邮件Chrome扩展 非Gmail邮箱也可用
棱镜门事件后,很多公司大打安全牌,搜索引擎巨头谷歌也不甘例外。本周,谷歌推出了一个名为“端到端安全发送和接收电子邮件”的Chrome扩展。顾名思义,该安全工具提供了端到端的加密:数据离开用户浏览器时将会被加密,直到该消息被接收者收到才会解密,并且对方发送给你的邮件也会保持加密,直到邮件到你浏览器中。
值得注意的是,只要邮箱是现有基于Web电子邮件供应商的,任何人都可以使用端到端发送和接受加密邮件,你不必非要使用Gmail邮箱,只要用Chrome浏览器和这个扩展即可。
7. 这是能改变行业的技术:谷歌公布Project Tango平板电脑及开发包
北京时间6月6日消息,谷歌今天正式向开发者公布了Project Tango平板电脑,与此同时,谷歌也对外公布了Project Tango平板电脑开发工具包,希望开发者能够基于设备跟踪周围环境的全3D运动和画面采集开发应用。据悉,该款平板电脑内置了景深传感器,配备Tegra K1移动处理器、7寸屏幕、4G内存、128G存储、运动跟踪摄像头、WiFi和BTLE。
目前只有谷歌选定的开发者,才能在6月下旬左右以1024美元的价格购买该款平板电脑。如果你能够参加Google I/O大会,届时也能成为能够首批购买Project Tango平板电脑和获得开发工具包的人。
//====[C++\C专栏]====//
[C\C++代码优化的27个建议]
1. 记住阿姆达尔定律:
funccost是函数func运行时间百分比,funcspeedup是你优化函数的运行的系数。
所以,如果你优化了函数TriangleIntersect执行40%的运行时间,使它运行快了近两倍,而你的程序会运行快25%。
这意味着不经常使用的代码不需要做较多优化考虑(或者完全不优化)。
这里有句俗语:让经常执行的路径运行更加高效,而运行稀少的路径正确运行。
2. 代码先保证正确,然后再考虑优化
这并不意味着用8周时间写一个全功能的射线追踪算法,然后用8周时间去优化它。
分多步来做性能优化。
先写正确的代码,当你意识到这个函数可能会被经常调用,进行明显的优化。
然后再寻找算法的瓶颈,并解决(通过优化或者改进算法)。通常,改进算法能显著地改进瓶颈——也许是采用一个你还没有预想到的方法。所有频繁调用的函数,都需要优化。
4.跳转和分支执行代价高,如果可能,尽量少用。
函数调用需要两次跳转,外加栈内存操作。
优先使用迭代而不是递归。
使用内联函数处理短小的函数来消除函数调用开销。
将循环内的函数调用移动到循环外(例如,将for(i=0;i<100;i++) DoSomething();改为DoSomething() { for(i=0;i<100;i++) { … }})。
if…else if…else if…else if…很长的分支链执行到最后的分支需要很多的跳转。如果可能,将其转换为一个switch声明语句,编译器有时候会将其转换为一个表查询单次跳转。如果switch声明不可行,将最常见的场景放在if分支链的最前面。
5. 仔细思考函数下标的顺序。
两阶或更高阶的数组在内存中还是以一维的方式在存储在内存中,这意味着(对于C/C++数组)array[i][j] 和 array[i][j+1]是相邻的,但是array[i][j] 和array[i+1][j]可能相距很远。
以适当的方式访问存储实际内存中的数据,可以显著地提升你代码的执行效率(有时候可以提升一个数量级甚至更多)。
现代处理器从主内存中加载数据到处理器cache,会加载比单个值更多的数据。该操作会获取请求数据和相邻数据(一个cache行大小)的整块数据。这意味着,一旦array[i][j]已经在处理器cache中,array[i][j+1]很大可能也已经在cache中了,而array[i+1][j]可能还在内存中。
6. 使用指令层的并行机制
尽管许多程序还是依赖单线程的执行,现代处理器在单核中也提供了不少的并行性。例如:单个CPU可以同时执行4个浮点数乘,等待4个内存请求并执行一个分支预判。
为了最大化利用这种并行性,代码块(在跳转之间的)需要足够的独立指令来允许处理器被充分利用。
考虑展开循环来改进这一点。
这也是使用内联函数的一个好理由。
7. 避免或减少使用本地变量。
本地变量通常都存储在栈上。不过如果数量比较少,它们可以存储在CPU寄存器中。在这种情况下,函数不但得到了更快访问存储在寄存器中的数据的好处,也避免了初始化一个栈帧的开销。
不要将大量数据转换为全局变量。
8. 减少函数参数的个数。
和减少使用本地变量的理由一样——它们也是存放在栈上。
9. 通过引用传递结构体而不是传值
我在射线追踪中还找不到一个场景需要将结构体使用传值方式(包括一些简单结构如:Vector,Point和Color)。
10. 如果你的函数不需要返回值,不要定义一个。11. 尽量避免数据转换。
整数和浮点数指令通常操作不同的寄存器,所以转换需要进行一次拷贝操作。
短整型(char和short)仍然使用一整个寄存器,并且它们需要被填充为32/64位,然后在存储回内存时需要再次转换为小字节(不过,这个开销一定比一个更大的数据类型的内存开销要多一点)。
12. 定义C++对象时需要注意。
使用类初始化而不是使用赋值(Color c(black); 比Color c; c = black;更快)
13. 使类构造函数尽可能轻量。
尤其是常用的简单类型(比如,color,vector,point等等),这些类经常被复制。
这些默认构造函数通常都是在隐式执行的,这或许不是你所期望的。
使用类初始化列表(Use Color::Color() : r(0), g(0), b(0) {},而不是初始化函数Color::Color() { r= g = b = 0; } .)
14. 如果可以的话,使用位移操作>>和<<来代替整数乘除法15. 小心使用表查找函数
许多人都鼓励将复杂的函数(比如:三角函数)转化为使用预编译的查找表。对于射线追踪功能来说,这通常导致了不必要的内存查找,这很昂贵(并不断增长),并且这和计算一个三角函数并从内存中获取值一样快(尤其你考虑到三角查找打乱了cpu的cache存取)。
在其他情况下,查找表会很有用。对于GPU编程通常优先使用表查找而不是复杂函数。
16. 对大多数类,优先使用+= 、 -= 、 *= 和 /=,而不是使用+ 、 -、 * 、 和?/
这些简单操作需要创建一个匿名临时中间变量。
例如:Vector v = Vector(1,0,0) + Vector(0,1,0) + Vector(0,0,1);?创建了五个匿名临时Vector: Vector(1,0,0), Vector(0,1,0), Vector(0,0,1), Vector(1,0,0) + Vector(0,1,0), 和 Vector(1,0,0) + Vector(0,1,0) + Vector(0,0,1).
对上述代码进行简单转换:Vector v(1,0,0); v+= Vector(0,1,0); v+= Vector(0,0,1);仅仅创建了两个临时Vector: Vector(0,1,0) 和 Vector(0,0,1)。这节约了6次函数调用(3次构造函数和3次析构函数)。
17. 对于基本数据类型,优先使用+?、?-?、?*?、?和?/,而不是+=?、?-=?、?*= 和 /=18. 推迟定义本地变量
定义一个对象变量通常需要调用一次函数(构造函数)。
如果一个变量只在某些情况下需要(例如在一个if声明语句内),仅在其需要的时候定义,这样,构造函数仅在其被使用的时候调用。
19. 对于对象,使用前缀操作符(++obj),而不是后缀操作符(obj++)
这在你的射线追踪算法中可能不是一个问题
使用后缀操作符需要执行一次对象拷贝(这也导致了额外的构造和析构函数调用),而前缀的构造函数不需要一个临时的拷贝。
20. 小心使用模板
对不同的是实例实现进行不同的优化。
标准模板库已经经过良好的优化,不过我建议你在实现一个交互式射线追踪算法时避免使用它。
使用自己的实现,你知道它如何使用算法,所以你知道如何最有效的实现它。
最重要的是,我的经历告诉我:调试STL库非常低效。通常这也不是一个问题,除非你使用debug版本做性能分析。你会发现STL的构造函数,迭代器和其他一些操作,占用了你15%的运行时间,这会导致你分析性能输出更加费劲。
21. 避免在计算时进行动态内存分配
动态内存对于存储场景和运行期间其他数据都很有用。
但是,在许多(大多数)的系统动态内存分配需要获取控制访问分配器的锁。对于多线程应用程序,现实中使用动态内存由于额外的处理器导致了性能下降,因为需要等待分配器锁和释放内存。
即便对于单线程应用,在堆上分配内存也比在栈上分配内存开销大得多。操作系统还需要执行一些操作来计算并找到适合尺寸的内存块。
22. 找到你系统内存cache的信息并利用它们
如果一个是数据结构正好适合一个cache行,处理整个类从内存中只需要做一次获取操作。
确保所有的数据结构都是cache行大小对齐(如果你的数据结构和一个cache行大小都是128字节,仍有可能因为你的结构体中的一个字节在一个cache行中,而其他127字节在另外一个cahce行中)。
23. 避免不需要的数据初始化
如果你需要初始化一大段的内存,考虑使用memset。
24. 尽早结束循环和尽早返回函数调用
考虑一个射线和三角形交叉,通常的情况是射线会越过三角,所以这里可以优化。
如果你决定将射线和三角面板交叉。如果射线和面板交叉t值是负数,你可以立即返回。这允许你跳过射线三角交叉一大半的质心坐标计算。这是一个大的节约,一旦你知道这个交叉不存在,你就应该立即返回交叉计算函数。
同样的,一些循环也应该尽早结束。例如,当设置阴影射线,对于近处的交叉通常都是不必须的,一旦有类似的的交叉,交叉计算就应该尽早返回。(这里的交叉含义不太明白,可能是专业词汇,译者注)
25. 在稿纸上简化你的方程式
许多方程式中,通常都可以或者在某些条件中取消计算。
编译器不能发现这些简化,但是你可以。取消一个内部循环的一些昂贵操作可以抵消你在其他地方的好几天的优化工作。
26. 整数、定点数、32位浮点数和64位双精度数字的数学运算差异,没有你想象的那么大
在现代CPU,浮点数运算和整数运算差不多拥有同样的效率。在计算密集型应用(比如射线追踪),这意味这可以忽略整数和浮点数计算的开销差异。这也就是说,你不必要对算数进行整数处理优化。
双精度浮点数运算也不比单精度浮点数运算更慢,尤其是在64位机器上。我在同一台机器测试射线追踪算法全部使用double比全部使用floats运行有时候更快,反过来测试也看到了一样的现象(这里的原文是:I have seen ray tracers run faster using all doubles than all floats on the same machine. I have also seen the reverse)。
27. 不断改进你的数学计算,以消除昂贵的操作
sqrt()经常可以被优化掉,尤其是在比较两个值的平方根是否一致时。
如果你重复地需要处理 除x 操作,考虑计算1/x的值,乘以它。这在向量规范化(3次除法)运算中赢得了大的改进,不过我最近发现也有点难以确定的。不过,这仍然有所改进,如果你要进行三次或更多除法运算。
如果你在执行一个循环,那些在循环中执行不发生变化的部分,确保提取到循环外部。
考虑看看你的计算值是否可以在循环中修改得到(而不每次都重新开始循环计算)。


1楼2014-06-07 09:53回复
    //====[3D游戏专栏]====//
    [随机地形生成算法]
    自相似
    任何分形最关键的概念是自相似。当一个物体的一部分放大后看起来仍与整个物体一样,那这个物体就是自相似。
    考虑一下人体的循环系统。这是自然界中自相似的好例子。从最大的动脉和静脉分支直到最小的微血管,整个过程都显现相同的分支模式。如果你不知道正在使用显微镜,将无法分辨微血管和大动脉。
    现在再考虑一个简单的球。它是自相似的吗?不!大幅度放大后,它看起来不再象一个球,而象块平板。如果你不相信,看看户外。除非恰好你在太空轨道上看本文,否则将完全没法看出球是个球体。球体不是自相似的。它最用传统的欧几里德几何描述而不是分开。
    地形属于自相似范畴。手掌上的碎岩锯齿状边缘与远处地平线边的山脊有相同的不规则形状。这使我们可以用分形来生成地形,不管显示时怎么放大,它看起来仍然象地面。
    关自相似请注意:严格意义下,它意味着自分辨 (self-identical) ,即,自身精确的缩略拷贝在逐渐放大缩小时可见。我并不知道自然界存在任何自分辨分形。但 mandelbrot 集是自分辨的。我不会进一步讨论 Mandelbrot 集。到参考里找进一步的信息。
    一维中点变换
    后边要讲的 diamond-square 算法,在两维上使用一种中点变换算法。为帮助你了解个大概,我们先看一维情况。
    当山脉出现在远处地平线处时,一维中点变换是绘制山脊的好算法。看看它是怎么工作的:
    以一条水平地平线段开始
    重复足够多次{
      对场景中的每条线段做{
        找到线段的中点
        在 Y 方向上随机移动中点一段距离
        减小随机数取值范围
      }
    }


    2楼2014-06-07 09:55
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      将随机数值域减速小多泊呢?那取决于你想要分形的陡峭程度。每次循环减少的越多,所得山脊线就越平滑。但如果减得太多,则会有明显的锯齿感。可以粗糙度存在一个常量里。后面会解释如何做。
      来看个例子。我们以一条 x 从 -1.0 到 1.0 , y 均为 0 的线段开始。开始,我们将随机值范围设为 -1.0 到 1.0 (可任意取)。这样我们在此范围里生成一个数字,并将中点移动这么多。这之后,我们就得到了:
      现在第二次经过外圈循环,我们有两段,长度均原来的一半。我们的随机值也减半,即 -0.5 到 0.5 。我们为两个中点都生成一个这个范围内的随机点,结果为:
      再次缩减范围,现在是 -0.25 到 0.25 。再以该范围内的数变换四个中点后,我们得到了:


      3楼2014-06-07 09:59
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        //====[古文花样作死]====//
        (注:以下两手诗均为转载,原作者为我小学同学:杨悦)
        [天净沙~世外桃源]
        青云薄雾彩霞
        碧水蓝天幽峡
        飞瀑密林寺塔
        微风轻拂
        向阳花遍山崖
        [清平月~孤]
        孤凌寞寒
        推窗见天蓝
        百千寻觅活水源
        又或无尽循环
        天涯百丈深渊
        何时又能心欢
        往事犹如昨日
        来年再铸金磐
        //=========[结尾语]=========//
        第一次出周刊,还挺兴奋的,以后会每周出的,谢谢大家的支持!
        最后带上本吧第一位会员:@qiaozhanrong
        //=========[The End]=========//


        6楼2014-06-07 10:16
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          话说Lightbot我玩过。。。当时还没上小学反正感觉很好玩。。。
          地址:
          我当初玩的:http://www.u148.net/article/1683.html
          第二部:http://www.u148.net/article/53000.html


          IP属地:英国7楼2014-06-13 16:52
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