梦想风暴

GIMP，GNU Image Manipulation Program的缩写，一个图像处理程序，熟悉Linux的人对这个名字应该不陌生，几乎所有Linux的发行版中都有它的身影，它的功能相当于Windows的Photoshop。工作需要，最近开始跟它打交道，悲喜皆有，于是有了一些胡思乱想。

关于C程序的安装
在*nix下，标准的安装过程是./configure, make, make install。

屏幕上闪过一片片让人眼花缭乱的命令。幸福总是相同的，编译成功。不幸的却各有各自的不幸：不幸中的幸运是缺少东西，至少没有立刻宣判死刑，踏上未卜的前路，寻找拼图缺失的一角；更为不幸的是编译错误，稍微幸福一点的见错知意，手到病除，最为不幸的是只有对着屏幕发呆，一个陌生的程序，一大堆令人费解的错误。

最初拿到GIMP，我试图在Cygwin下编译，我的Cygwin对于它来说并不那么完整。于是翻开INSTALL，寻找缺少的部件，未曾料到竟一路找了下去，GTK+、Glib、ATK、Pango、Cairo……。到最后，我停在了一个不知从何入手的编译错误上。这时，我想到了GIMP的INSTALL上的一句话：除非你对从源码构建软件非常有经验，否则不要尝试自己构建所有这些库。果然是经验之谈！遂转到Linux上，支撑环境的健全使得构建一次成功。

对比Java的经验，从源码构建应用，C这套方法麻烦更多一些，当然，我这里指的是出问题的时候。因为Java出的问题多是缺少相应的类，一般都可以很容易找到，通常发布的会有源码和JAR两种形式选择，不愿意从头构建，就选择JAR。而对于C，一旦出了编译错误，基本上都很难解决，毕竟不是自己熟悉的。即便是缺少组件，因为C发布的大多是源码，而从源码开始构建本身就是一种风险，不要忘了，我们来自一个没有从源码构建成功的项目。现在各种各样的包管理器试图去协助解决这个问题，但标准的方法是根源，也是应用的最为广泛的形式，所以，问题很难得到完全的解决。

关于移植性
找几个C的项目来，你会发现稍微大一些的项目里面都有很多相同的东西，比如对于数据类型的定义，比如内存管理函数的封装，比如对多线程的封装……。这不是偶然，一切都来自C的可移植性。C当年凭借着自己的可移植性成功击溃了汇编语言，成为了一代语言霸主。平台的千差万别都要通过C来屏蔽，最初的时候，没有统一的标准，所以，每个项目都要通过自己的努力来做倒这些，所以，我们会看到类似的数据类型定义，类似的内存管理，类似的多线程……，以致于C程序员认为这是一种天经地义，于是有些年轻的项目一上来也是定义一套属于自己的东西。在程序设计的世界中，Java成功的解决了这些问题，它用虚拟机去解决平台问题，于是，C语言的这些问题随之烟消云散。当然，这并不是说Java世界就那么完美，社会在进步，所以同样的问题在Java世界以更高级的形式体现出来，君不见那么多的Web框架、那么多的持久化手段，那么多的DI解决方案。再造轮子不是坏事，新轮子总会拥有一些旧轮子不具备的东西，而旧轮子如果不甘心退出舞台，那就拿出更好的表现来。人们的选择是最好的评判。

与Java的跨平台方式不同，C的跨平台常常是通过宏定义对平台的差异进行枚举。枚举的问题显而易见，稍不留神，便会遗漏。所以，对于Java那样，几乎一个平台编译没问题别的平台基本就没什么问题，而对于C，只要编译平台未能覆盖到，就可能出现编译错误。就像bug一样，找到的越多，也许剩下的就越多。

顺便说一下，C用得越多，我越喜欢宏，它几乎就是一种元语言。现在DSL的概念开始流行，宏是一个不错的DSL载体。当然，它是一把双刃剑，所以，在实际开发中，我也不便多用。

关于插件结构
GIMP是一个基于插件的架构，我知道，熟悉Java的人脑子里出现了Eclipse。Eric Raymond在他的《Unix程序设计艺术》中讨论模块化时谈到了它。从我了解的情况来看，对于那些跨越时间的程序都有很强的可扩展性，比如TeX，比如Emacs，比如Unix。时间会改变一切，再好的设计师也无法预测未来的所有变化，与其费尽心力去完成不可能的预测任务，倒不如敞开大门，让程序拥有可扩展性，让未来的人来编写代码满足自己的需求。从这点上来看，Eclipse已经有了很好的基础，至于它是否能够跨越时间，慢慢来。

设计是为了应对变化，如果不变，再好的设计也是枉然。看过那么多关于设计的书，了解了那么多设计的原则，不妨再向这些拥有悠久历史的软件学习，它们真正体现了程序设计之道。

《没有控制住》之后的一个周末也没有控制住：我又一次拜访了书店，原本打算买的书没买，为自己的控制力暗喜，结果是，控制力没有坚持到离开书店，买了本计划外的书。

这次诱惑我的是Gerald Weinberg的《理解专业程序员》，多好的一个名字，于是，我在一堆书的夹缝中把这本书拿了出来。有一段时间，清华大学出版社一口气出了好些Weinberg的书，我只买过《成为技术的领导者》，因为相对来说，这本比较薄。其它的顶多是在书店的时候偶尔翻翻。不过，我很喜欢他的风格，用程序员的身边事讲述一些道理，虽然这些书大多出版在很多年之前，但其中的很多故事仿佛就在今天，除了那些看上去已经有些久远的名词。在读累了技术书之后，翻看这样的书还是一种比较不错的享受。

名字之外，《理解专业程序员》让我有兴趣翻看的一个原因在于它的薄，全书也不到200页。做程序员绝对不缺少对厚书的恐怖回忆，所以，一本薄书自然会让人感觉亲切一些。再下来发现的是，这本书的译者是刘天北，这位仁兄的文字能力很强，在《程序员》和网络上读过一些他的文章，总给人一种舒服的感觉，这让我对这个译本有了一些期许。清华大学出版社似乎特别愿意把书放到发霉才出版，至少我知道《Effective STL》和《设计模式精解》就有这种不堪回首的经历，《理解专业程序员》又为这种不良印象增加了注解，gigix的代译者序清楚写着2005年3月，而这本书的出版日期是2006年7月。随便找了一个地方开始了自己的阅读之旅，好书的一个标志就是让人不忍放手，在我读了一些之后，我确定我需要买一本，否则，我很可能干出站在书店把书读完的蠢事，虽然以前确实有过这种经历。

正如gigix在代译者序所说，读这本书可能会经历一种很复杂的心情：才嘲笑完别人的愚，转而懊恼自己的蠢。那些看似远在天边的例子，实则近在身旁。说说给我留下最深印象的一段吧！第3章的开始探讨了一个让程序员无法回避的话题：身体。程序员的身体常常会有些问题：腰、腿、肩、手……，这些所谓职业病，实际上就是不好的习惯造成的。Weinberg给了一个冠冕堂皇的理由，对工作诚挚的专注，以致于在需要时，我们会虐待自己的身体以完成工作。抛开理由不说，在做程序员的这几年，我确实感觉自己的身体不是很好，虽然我早就知道该注意身体，但死性不改的习惯让自己的身体常常会疼痛难忍，为此搭进去的钱不算，还要搭进去不少时间和精力，所以，有一段时间写的blog特别少。来北京最初的那段时间，疼痛偶尔袭来，往往会让自己坐立不安，于是，强迫自己进行锻炼。没有多大的强度，只是简单的围着居住的小区跑跑步，在小区的一个园子里借用各种器械活动一下。起初的那段时间，有身体的提醒，只要白天一觉得不适，晚上一定会去运动一番。看来当初大夫的忠告是对的，多活动。经过一段时间，疼痛袭来的频率大幅下降，由此带来的副作用是有时候想不起去锻炼。现在大约每周能出去活动两三次，比起之前多长时间不活动一次强许多。不知道随着天气逐渐凉起来，这样的习惯是否能坚持下去。正是因为这样的经历，读到这里，我的感受颇深，无论干什么，身体都是最重要的。yeka最近也讨论过类似的话题。其实，有个好身体不难，只要有个好习惯。

书的最后一章，有个关于我该做多长时间程序员的话题，我愿意把它视作Weinberg对所谓做程序员到X岁的问题的一个回答：如果你不再学习了，那么你也就到期了。在我看来，支撑一个人不断学习的动力在前进路上的快感：想想把一个虚无的功能实现的感觉，想想痛苦很长时间找到bug的感觉，想想体会到程序之美的感觉……或许，现在的水平还不为人道，但学习可以让我进步，这就是做程序员的快乐。Weinberg说得对，如果到了什么时候，我无法从编程中找到乐趣，无法支撑我继续学习，我会选择离开。

这里只是简单列举几个我在阅读这本书的感受。如果你和我一样是个程序员，这本书几乎从头到尾都会有一些有趣的思考。这本书有个瑕不掩瑜的问题，刘天北在文中加了不少注释，遗憾的是，没有标明是译注。

因为《没有控制住》，我买了本《算法设计与分析基础》，目的就是为了对算法设计的方法有个基本认识。选择这本书的原因之一，就在于这本书的薄，正文三百多页。或许把三百页的书形容为薄有些过分，但对比于《算法导论》一千多页和《计算机程序设计艺术》的多卷本，你就知道三百页的书着实可以划到“薄”的行列中了。

原本，我打算一边看一边做，就像去年看《自己动手写操作系统》一样。不同的是，我在这方面的基础显然要好于开发操作系统的基础，至少我学过数据结构的课程，加之我不知道以这种方式阅读自己能坚持多长时间，而且自己读书的目的是了解概貌，于是，我改变了策略，选择囫囵吞枣的方式，尽快的把书看完一遍，这样，可以达到自己最初的目的，如果有兴致，可以再对感兴趣的点进行细扣。或许这就是最近一年受研究风格的影响，先铺面，后找点：每当进入一个新的领域，前期总会找大量的相关领域资料进行阅读，快速建立知识体系，然后，选择适当的着手点，进行细致的研究。

已经完成第一遍的阅读，这里记录一下阅读的心得。

按照作者在前言中的说法，这本书最大的价值在于采用了一种全新的算法设计技术分类法。从前的书介绍算法会采用两种方案，一种是按问题分类，也就是常见的排序、查找、图等等，还有一种是按照算法设计技术，比如分而治之、动态规划、贪婪算法、回溯、分支界定等等。之前翻过一些算法书，基本上也没逃脱这个划分。读那些算法书总会给人一种见树木不见森林的感觉，或许通过学习，对某个算法可以比较了解，但算法为何如此设计依然云里雾里，也就是，没能理清算法设计的思路。这本书采用了一个全新的分类方法，把一些曾经不为人重视的设计策略提了出来，比如蛮力法（最直接解决问题）、减治法（减小问题规模）、变治法（把问题变为另外的问题）和时空权衡（时空互换），加上一些原有的设计技术如动态规划、贪婪算法等构成了新的分类方法，填补了算法和设计之间的鸿沟。这正是我最初注意到这本书的一个重要原因。

一本好书，除了有好的内容，也要有好的表达。我说过，我曾经在读秀上读过这本书的前十几页。在这十几页中包含了一个求最大公约数（gcd）的例子，当然，是那个著名的欧几里德算法，连《计算机程序设计艺术》都用它开篇。这么简单的一个例子是不足以吸引人的，让我动心的是后面给出几个笨拙的gcd算法。为什么会是笨拙的算法？除非训练有素，否则，遇到问题的第一个解决方案常常会是很笨拙的，这恰恰是我遇到的问题。事实上，这样的表达方式在后面不断出现，作者不会像先知一样凭空给出一个设计精良的算法，而常常选择一个看起来很笨的方法进行介绍，然后逐步引出后面的算法，这更符合一个人的思考过程。我喜欢这种不把读者当白痴的介绍方式。不过，有些部分我读起来还是比较吃力的，比如第10章关于P、NP和NP完全问题，应该是自己在这方面的底子比较薄的原因吧！看算法时可以享受阅读的乐趣，着实不易。

看中文版的好处之一就是快，至少我现在的英语阅读能力还远远无法与中文相提并论。在我看来，这本书的翻译还是比较流畅的，至少在阅读过程中，我很少因为让人无法理解的中文而被打断思路。当然，再好的译本也有一些瑕疵，我几乎每章都能找到一些小问题，我已经把这些问题提到了china-pub上。译者不错，对我找到的这些问题给予了积极的响应，不过，我也因此得寸进尺，发现了更多的问题。来自译者的一个消息是，他正在翻译第二版，不知道会有多少变化。喜欢对中文版吹毛求疵的人，可以选择这本书的影印版。

如果你和我有同样的需求，这本书是个不错的起点。

实现一个将图像所有点按位反转的功能，下面是最直接的一个实现。稍微需要解释一下的是src_step和dst_step，它们是为了存储时可以对齐，所以，可能会与宽度有所差异。

这里的uchar定义为unsigned char。

void not_ver1(uchar* src, int src_step, uchar* dst, int dst_step,
int width, int height) {
for (int i = 0; i < height; i++) {
for (int j = 0; j < width; j++) {
int src_pos = i * src_step + j;
int dst_pos = i * dst_step + j;
dst[dst_pos] = ~src[src_pos];
}
}
}

过往的经验告诉我，最直接的方法往往是最为笨拙的，但却是一个很好的起点，可以作为下一步的参照物。在C/C++中，指针和数组之间关系密切，但在性能问题上，二者之间还是存在一些差异，下面是一个改进的版本。

void not_ver2(uchar* src, int src_step, uchar* dst, int dst_step,
int width, int height) {
for (int i = 0; i < height; i++) {
for (int j = 0; j < width; j++) {
dst[j] = ~src[j];
}

src += src_step;
dst += dst_step;
}
}

如果所上面的改进只是小步幅的前进，那下面这个版本应该是一个大刀阔斧的变革了。它是从OpenCV相关代码拿出来的，OpenCV是Intel提供的一个开源计算机视觉库。因为来自Intel，所以，OpenCV在PC上有着良好的表现。

void not_ver3(uchar* src, int src_step, uchar* dst, int dst_step,
int width, int height) {
for (; height--; src += src_step, dst += dst_step) {
int i = 0;

if ((((size_t)src | (size_t) dst) & 3) == 0) {
for (; i <= width - 16; i += 16) {
int t0 = ~((const int*)(src + i))[0];
int t1 = ~((const int*)(src + i))[1];

((int*)(dst + i))[0] = t0;
((int*)(dst + i))[1] = t1;

t0 = ~((const int*)(src + i))[2];
t1 = ~((const int*)(src + i))[3];

((int*)(dst + i))[2] = t0;
((int*)(dst + i))[3] = t0;
}

for (; i <= width - 4; i += 4) {
int t = ~*(const int*)(src + i);
*(int*)(dst + i) = t;
}
}

for (; i < width; i++) {
int t = ~((const uchar*)src)[i];
dst[i] = (uchar)t;
}
}
}

让我们来看看这里都做了些什么，对比第二个版本，外层循环变化不大，但这里控制变量由原来“++”变成了“--”，因为有不少机器对JNZ有特别的指令处理，速度非常快。

内层循环则完全改变了模样。表面上看，似乎循环更多了。

首先来看if语句，这段话是对内存地址进行判断，看是否两段内存的最后两位是否都为0，换句话说，按4对齐，在下面我们可以看到，后续的处理都是按4字节进行处理（在32位机器上，一个int是4个字节），内存地址的按4对齐，可以保证读读取一个int不必跨越边界造成多次访问。这里实际的输入是uchar类型，也就是一个字节，而在这里处理的是4个字节，也就是实现了一种软件的SIMD（单指令多数据）。看到这里，就可以理解前面参数设置时那两个step的作用了，对齐是为了提高性能。

在if语句块中第一个循环中，一次处理了16个字节，也就是四个int。这里运用了循环展开的方法，这是一种常见的优化方法，另外，这样的分解可以更好的利用流水线进行计算，提高代码的并行性。有些编译器优化时可以完成简单循环展开，但这里控制循环的存在变量，所以，代码没有依赖于编译器自动展开。另外，我们可以看到，在循环中，还有t0和t1，它们的存在是为了减少代码之间没有必要的读写依赖。

有了上面的分析，后面的代码就容易懂了，剩下的循环，是在没办法大踏步前进时，选择小步伐前进。至于最后的循环，它既是不对齐的无奈选择，也是不足4象素时的更小步伐。

优化是要有证据的，下面给出我在自己机器上测试的一个结果，测试环境如下：
CPU：1.86GHz
内存：1GB
OS：Windows XP SP2
开发环境：Cygwin
编译器：GCC
数据规模：10000×10000

这里使用测试方法是用gettimeofday获取时间，需要注意的是，gettimeofday本身会受到进程调度的影响，但对于这里所做性能估计来说，这种影响是可以忽略的。下面的时间单位为微秒。

在未优化的情况下，
ver1 1423000 1450000 1398000
ver2 867000 838000 901000
ver3 189000 184000 190000

在O3优化的情况下，
ver1 224000 195000 200000
ver2 213000 192000 195000
ver3 166000 158000 165000

可以看出，在未优化的情况下，三个版本的性能差异非常大，而在优化的情况下，三者的性能差异就会缩小许多，但是第三个版本在性能上依然有比较大的优势。

关于C代码优化方法的讨论，可以参考《C代码优化方案》。

我控制，我控制，对不起，我没控制住。

希望范伟不会介意我盗用这段经典的台词，我这里指的是买书。四个月了，如果我没记错的话，这是我毕业之后最长的一段时间没有买书，杂志除外。

有句歇后语，秀才搬家——尽是书。书这东西在搬家的时候最能体现其复杂性，沉啊！为了准备到北京的常驻，我需要处理一下自己的东西，由于离家比较近，所以，当然的选择就是尽可能的运回家。整理一下才发现，装了一个小货车的东西，居然有一半是书。幸好装箱的时候，把书都放在了小箱里，否则，真是搬都搬不动。从那以后，我努力着压抑着自己买书的欲望，终于成功在赴京之前做到一本书都没买。

初到北京的时候，开销比较大，所以，压缩了许多额外的开支。初来乍到，拜访朋友是不可少的，所以，几个周末就如此被消耗了。最近一段时间，给自己留了一些空闲时间，对周围的环境也越来越熟悉，结果，成功的找到了书店所在。于是，逛书店重又成为我的一种休闲方式。是的，我有逛书店的瘾，或许这与女人们愿意逛街算是异曲同工。

这次吸引我的是一本算法书，《算法设计与分析基础》。其实来北京之前，我就注意到了这本书，只不过，那段时间我坚决制止买书的非分之想，否则，可以要千里背书了。大学的时候，学过数据结构，但没学过专门的算法课程。随着自己写的程序越来越多，越发觉得自己在这方面基础的欠缺。经常会觉得自己写的程序很笨，因为通常都采用最原始的蛮力法，虽然应付眼皮底下的工作绰绰有余，但自己总觉得别扭。特别是近一年经常编写图像相关的程序，这种笨拙越发让我觉得难以忍受。所以，想买本算法书补一下自己的基础。书的好处就在于它的全面性，类似的事以前也干过，去年为了比较全面了解Linux的使用，专门买了本基础的书，从头到尾的翻了一遍，虽然我早就过了ls的阶段。其实，我也有几本算法的书，包括著名的《计算机程序设计艺术》，但对于想得到概貌的我来说太复杂，做参考书还差不多，而且它们也不在身边。

这年头书太多，所以，买书得找所谓的经典。不过，说实话，经典也不少，加上出版社的宣传比较精彩，经常会让人产生不买这本书实在可惜的错觉，事实上，就像地球少了谁都一样转，没有哪本书是真正的必读。还是考虑一下自己的实际需要。像我经常性的大脑充血，买回来不少自己认为自己可能会看的书，虽然这些年也看了不少书，但也有相当多的书，买回来便被我束之高阁了，虽然我曾经就此给过自己安慰。

现在做图书的网站不少，到处转转还是有好处的，像china-pub、dearbook这样评论比较多的地方也许可以得到一些有用的信息，当然，得自己做过滤器。如果书是国外的，通常可以找到国外网站的链接，比如Amazon。说实话，相比而言，Amazon中灌水的现象可不像国内网站这么严重，所以，信息的价值要大得多。最近比较火的书评网站还有豆瓣，不过，那里的计算机书书评稍微少了一些。这次搜书过程的一个额外发现是读秀，它提供一些书提供了一些样章的在线阅读，这样先读上几页可以让自己对书有个大致的了解。当然，在书店，我们也是可以读的。可能有些朋友喜欢网上购书，不过，我更喜欢在实体书店买书，因为除了买书之外，在书店可以顺手翻看一些书，说不准就有额外的收获，也可以叫额外的付出。

买了书还是要看的，希望这次的书能够看完。这不，趁着热乎劲，一口气读了五六十页。