程式設計基礎

1.為什麼要學習程式設計基礎

因為你首先是一個合格的程式設計師，然後才是一個合格的前端工程師

前提：一個程式設計師必須知道

1. 硬體和軟體：計算機執行原理，參考書籍《編碼》（理解難度面向0基礎同學更友好），以及大學計算機相關課程，例如《計算機組成原理》，《計算機網路》等（最好有老師帶，自學有一定難度！）。
2. 最大的軟體：作業系統
3. 自己寫軟甲：資料結構和演算法
4. 多人寫軟體：軟體工程

2. 前端工程師必知（自上而下）

• 伺服器 ：不論HTML/CSS,還是JS，資料來源都在伺服器中。
• 瀏覽器 ：HTML/CSS/JS 這三種前端主要語言都是執行在瀏覽器之上。
• 作業系統：瀏覽器，不僅僅是瀏覽器，所有的軟體都是執行在作業系統之上。
• 硬體：作業系統作為最大的軟體，執行在硬體之上。

3.常識：計算機如何儲存0和1？

3.1 為什麼計算機只能儲存0和1？

這其中涉及到很多硬體知識，簡單的來說，因為電腦是積體電路，記憶體微觀上是無數小開關，或者是小電池，而“0”和“1”正好分別代表“開”和“關”（或者是“通電”和“不通電”），就好像家裡的電燈開關只有開和關一樣。所以，電腦的本質決定了它必須是二進位制，只能儲存0和1.

3.2 計算機是如何儲存0和1？

計算機儲存過程，其實就是給小電池不斷充電的過程，因為小電池自身存在耗電（好比家裡的南孚電池放久了不用自己會消耗電量一樣）。

那麼，既然小電池自己會耗電，又要不斷充電，如何判斷它是的狀態是0和1呢？

規則是：當小電池電量大於50%，為1；電量小於50%，則為0。因為計算機的充電速率是納秒級（10^-9）, 即一次充電過程為：重新整理 1次/10^-9s。

4.記憶體如何儲存數字？

上面我們說，計算機已經解決了如何儲存0和1的問題，那麼，我們如何儲存其他數字呢？

方法是將所有數字轉化為0和1的組合去進行儲存，這就是需要探究十進位制如何轉化為二進位制的問題。

• 舉個例子：

4.1 儲存整數

如上：37 在十進位制上以10為底的方式得到結果過程：

37（10）
=3\*10^1+7\*10^0
=30+7

同理，37（10）也可寫作以2為底的方式得到：

37（10）
=1\*2^5   +  0\*2^4   +   0\*2^3  +   1\*2^2   +   0\*2^1   +   1\*2^0
=1   0  0  1  0  1

4.2 儲存小數

同理，對於小數也是一樣的道理,以1/10為底，過程為：

0.75(10)
=7\*1/10   +   5\*1/10^2
=0.7+0.05

那麼，以1/2為底，過程為：

0.75（10）
=1\*1/2   +   1\*1/2^2
=0.5+0.25

問題：如何儲存負數和小數點呢？

參考資料如下：

• 負數儲存
• 浮點數儲存

5.如何儲存字元？

方法：對所有字元進行編號，首先以十進位制的方式表示每個字元，最後都轉化為二進位制的方式進行儲存。參考：ASCII美國資訊交換標準程式碼

如圖：

如圖:如果你想儲存字母a，那麼就儲存97（10），對應進位制轉換為： a -> 97(10) -> 0110 0001(2) -> 61(16)

如果你想儲存數字1，對應進位制轉換為：1-> 49(10) -> 0011 0001 -> 31(16)

以上就是儲存鍵盤上簡單字母的方法。

6.如何儲存中文？

參考資料：GB 2312

• 在國內使用字元為漢字，我們便在ASCII碼的基礎上進行擴充。GB 2312收錄了6163個漢字，同時收錄了包括拉丁字母，希臘字母，日文平假名及片假名字母、俄語西裡爾字母在內的682個字元。

• 缺點：因為GB2312主要為常用字，不能滿足人們的需求。後來，為了儲存生僻字、繁體字、日語、朝鮮語等，微軟推出了GBK字符集

7.如何儲存所有字元？

• 為了將所有字元都能夠在電腦上顯示，然而不同的字符集考慮到相容性問題，Unicode聯盟做了這樣一件事，他們將全世界的文字都編在一張表中。截止到2016年6月，累計128231個字元。（參考資料：Unicode）

• 缺點：因為 128231>2^{16,所以Unicode必須用2}32來儲存。但是，也帶來一些問題：

原來使用ASCII字元編碼進行儲存時，只需要1個位元組即8位儲存就足夠，但是使用Unicode卻需要4個位元組即32位來儲存；

原來儲存一箇中文字元需要2個位元組即16位，使用Unicode後需要4個位元組32位儲存。這樣大大的浪費了儲存空間。

7.2 UTF-8的出現（UTF-8）

因為採用Unicode儲存字元的方式大大的浪費了儲存空間，為了節省字元儲存消耗，使用UTF-8的方式進行優化，注意，這裡是對Unicode儲存方式進行優化，而沒有改變原有的字元編碼。

規定：對於字母例如字母 “a”，依然採用原來的一個位元組儲存，而不是4個位元組進行儲存，這樣就節省了3個位元組的空間；

而對於漢字，例如漢字 “你” ，依然使用原來的2個位元組進行儲存，但是，在上面的一大堆 0 和 1 中，計算機是無法識別哪一段表示字母，哪一段表示漢字，所以，又拿出一個位元組進行區分；

例如 圖中漢字 “你”：原本2個位元組儲存為：01001111 01100000 ，而轉換為3個字元儲存，表示為：11100100 10111101 10100000，第一個位元組的字首 1110表示這個字元長度為3，後面第2和第3個字元的字首都為10 是為了和前面所標誌的一致，而實際上這個字元的組成，是從第一個位元組的後4位、第二個位元組的後6位，第三個位元組的後6位所組成。

所以，計算機在讀取的過程中，當它讀到 0110 0001 時，它發現開頭沒有1，那麼就知道這是一個單位元組；當它讀到 11100100 10111101 10100000，發現前面有3個1，那麼它就知道這是由3個位元組組成，然後它就自動去讀取第一個位元組的後4位、第二個位元組的後6位，第三個位元組的後6位，拼湊成2個完整的位元組，表示漢字“你”

• 切記： UTF-8 只是一種編碼方式，而不是字符集！

8.為什麼很多中文軟體喜歡使用GBK而不是UTF-8？

之前我們說，Unicode字符集使用UTF-8的編碼方式更節省空間，而大家卻為什麼不用呢？考慮到兩方面因素：

1.發展史：當時在國內發明GB 2312的早幾年，微軟的GBK還沒有出現，大家習慣了使用 GB 2312 和 GB13000 ，而新出來的Unicode雖然全球統一，但是還不完善，沒有采用UTF-8的編碼方式。

之後GBK的出現，對原來的GB 2312更加優化，深受大家的喜愛。而到後來2000年出現的 GB 18030-2000 ，它統一和相容了GBK，但是90年到2000年初，代大家還是習慣性的使用GBK字符集。

2.國情：在當時的背景下，資訊相對比較閉塞，並不是什麼東西像如今Google一下就可找到，所以在國內90年代大部分軟體使用的字符集依然是GBK。

• 參考資料：字元編碼筆記：ASCII，Unicode和UTF-8

9.對前端的影響