как выглядит исходный код программы

Исходный код и его 11 составляющих

Теперь, когда вы понимаете концепцию программирования, мы рассмотрим исходный код – его главные составляющие и принципы работы с ними.

Часть 2 – Исходный код

В предыдущей части мы затронули азы программирования, где рассказали о машинном языке, преобразователях, языках программирования и работе с CLI. Двигаемся дальше.

Исходным кодом называется основной файл вроде Microsoft (.doc), но немного другой. Это текстовый файл, написанный с помощью простых редакторов, таких как Windows Блокнот. В предыдущем разделе мы перечислили, что нужно, чтобы интерпретаторы или компиляторы конвертировали исходный код в двоичный. Первый должен быть сохранен в файле, что передается для ввода в переводчик (преобразователь).

Когда вы закончите писать код, запустите его через переводчик. Рассмотрим в качестве примера запуск кода на языке Python с использованием команды python.

Начало работы: ваша первая программа

3. Откройте в нем новый файл и введите следующее:

Результат должен выглядеть так:

Анатомия типичного кода

Теперь мы рассмотрим содержимое типичного файла исходного кода. Ниже приведены регулярные компоненты.

Ключевые слова

Короткие человекочитаемые слова, обычно называемые ключевыми. Они свойственны изучаемому вами языку и они особенны. Их просто нужно знать. Вот небольшой набор ключевых слов, часто используемых в Python.

Идентификаторы

Слова, изобретенные вами. Да, не удивляйтесь! Вы, программист. Эти слова обычно называются идентификаторами. Они могут быть созданы вами или другими программистами. Они упакованы в плагины, более известные как библиотеки.

Примером является библиотека Math. Она позволяет получить доступ к функциям, таким как квадратный корень (Math.sqrt), используемый в JavaScript.

Многие языки программирования поставляются со множеством библиотек. Они обычно называются SDK (комплекты разработки программного обеспечения). Загружаются вместе с компилятором для дальнейшего создания технологий, приложений и проектов. Также существуют фреймворки, созданные, чтобы облегчить разработку проекта и объединить его различные составляющие.

Некоторые идентификаторы в комплекте с выбранным языком не могут использоваться в качестве идентификатора пользователя. Примером является слово string в Java. Такие идентификаторы вместе с ключевыми словами называются Зарезервированными Словами. Они также являются особыми.

Все ключевые слова являются зарезервированными. Также слова, которые вы выбираете, должны иметь смысл для тех, кто впервые их видит.

Основные типы данных

Целые числа могут быть знаковыми и беззнаковыми, большими и малыми. Последние фактически зависят от объема памяти, зарезервированного для таких чисел. Есть числа с десятичными частями, обычно называемые double и float, в зависимости от языка, который вы изучаете.

Также существуют логические типы данных boolean, которые имеют значение true или false.

Сложные типы данных

Указанные выше типы известны как элементарные, первичные или базовые. Мы можем создавать более сложные типы данных из приведенных базовых.

Массив (Array) – это простейшая форма сложного типа. Строка (String) – это массив символов. Мы не можем обойтись без этих данных и часто используем их при написании кода.

Комбинация символов – это строка. Чтобы использовать аналогию, строка для компьютера означает, что слово принадлежит человеку. Слово «термометр» состоит из 9 символов – мы просто называем это строкой символов. Обработка строк – это обширная тема, которая должна изучаться каждым начинающим программистом.

Сложные типы данных поставляются с большинством языков программирования, которые используются. Есть и другие, такие как системы классов. Это явление также известно как объектно-ориентированное программирование (ООП).

Переменные

Переменные – это просто имена областей памяти. Иногда нужно сохранить данные в исходном коде в месте, откуда их можно вызвать, чтобы использовать. Обычно это место памяти, которое резервирует компилятор/интерпретатор. Нам нужно дать имя этим ячейкам памяти, чтобы потом их вспомнить. Рассмотрим фрагмент кода Python ниже:

pet_name – пример переменной, и тип данных, хранящихся в pet_name, является строкой, что делает переменную строковой. Существуют также числовые. Таким образом, переменные классифицируются по типам данных.

Константы

Константы – это значения, которые не изменяются на протяжении всего жизненного цикла программы. Чаще всего в их именах используются заглавные буквы. Некоторые языки поддерживают создание постоянных значений, а некоторые – нет.

Существуют строго типизированные языки программирования, в которых каждая переменная должна быть определенного типа. Выбрав тип один раз, вы больше не сможете его изменить. Java – хороший пример такого ЯП.

Другие же не предоставляют эти функции. Они являются свободно типизированными или динамическими языками программирования. Пример – Python.

Вот как объявить постоянное значение в JavaScript:

Литералы

В каждом исходном коде существуют типы данных, которые используются повсюду и изменяются только в том случае, если их отредактировали. Это литералы, которые не следует путать с переменными или константами. Ни один исходный код не обходится без них. Литералы могут быть строками, числами, десятичными знаками или любыми другими типами данных.

В приведенном выше фрагменте слово «Hippo» является строковым литералом. Это всегда будет «Hippo», пока вы не отредактируете исходный код. Когда вы научитесь кодить, узнаете, как управлять литералами таким образом, чтобы оставлять неизменной большую часть кода.

Пунктуация/Символы

В большинстве написанных программ вы найдете различные знаки препинания в зависимости от выбранного языка программирования. Например, в Java используется больше знаков препинания, чем в Python.

Основные знаки включают в себя запятую (,), точку с запятой (;), двоеточие (:), фигурные скобки (<>), обычные круглые скобки (()), квадратные скобки ([]), кавычки («» или »), вертикальную черту (|), слэш (\), точку (.), знак вопроса (?), карет (^) и процент (%).

Добро пожаловать в мир программирования, где знаки препинания – ваши лучшие друзья. Скоро вы обнаружите, что в коде их всегда очень много.

Операторы

Шансы, что вы будете писать исходный код для выполнения какой-нибудь операции, крайне высоки. Любые языки программирования, которые мы используем, включают в себя множество операторов. Среди применяемых выделяют сложение (+), деление (/) умножение (*), вычитание (—) и знак больше (>).

Операторы обычно классифицируются следующим образом:

Комментарии

Документация будет важным аспектом деятельности в сфере программирования. Это то, как вы объясняете свой код другим программистам. Подобное делается с помощью комментариев, которые добавляются к различным частям кода. С помощью комментариев вы можете направлять других программистов через написанную программу.

Компилятор игнорирует строки кода, которые являются комментариями.

Объявление комментариев разное для разных языков. Например, # используется для ввода комментариев в языке Python.

Вот пример комментария в Python:

Пробелы и вкладки

Это пробелы, созданные между кодом, который вы пишете. Они ставятся при нажатии пробела или клавиши табуляции на клавиатуре.

Двигаемся дальше

Вы познакомились с исходным кодом и изучили его содержимое. Скомпилированный или преобразованный код может не запускаться по ряду причин. Эти причины обычно связаны с ошибками. Действие поиска и удаления ошибок называется отладкой и является навыком, который вы должны изучить. Ошибки мы рассмотрим в следующей части.

Убедитесь, что вы правильно настроили Python в своей компьютерной системе, и запустите свою первую программу.

Викторина

Определите элементы, которые мы изучили, в приведенном ниже фрагменте кода Java:

Источник

Программисты, давайте изучать исходники классических программ

Современные программисты — счастливчики: мы живём в мире, в котором исторические и оказавшие существенное влияние программы имеют открытый код, доступный для изучения. Однако, многие программисты только учатся, и изучают те программы, над которыми работают сами. У нас редко находится время для изучения исторических работ, и курсы программирования редко тратят время на такие вещи.

Мы полагаем, что разработчикам следует изучать исходники программ, оказавших большое влияние, подобно тому, как архитекторы изучают здания, оказавшие влияние на архитектуру (и критикуют их). Чем повторять те же ошибки снова и снова, мы должны изучить большую работу, проделанную до нас, и вынести из неё уроки.

В идеале, нам следует изучать исходные коды великих программ с комментариями и критикой, которая даёт нам информацию о контексте проекта, его сильных и слабых сторонах. Такие комментарии редки, но вот вам несколько отправных точек:

Также можно найти исходники программ, которые вы использовали в прошлом. Важно начинать с программ, которые вам хорошо знакомы, и вы можете связать их функции с исходным кодом. Вот ресурсы, которые вы можете использовать для того, чтобы найти и изучить исторические исходники:

Организация «The Historical Source»: репозиторий GitHub в настоящее время содержит архив из 143 программ. Многие из них являются некогда популярными играми, в которые вы, возможно, играли.

Сайт «Чёрная книга игрового движка» содержит подробный разбор движков Doom и Wolfenstein 3D, с исходниками.

Каталог ПО NASA содержит свыше 1000 программных проектов, доступных для публики.

Коллекция Музея Компьютерной Истории содержит исходники исторических программ. Вот выборка из их коллекции исторических исходных кодов:

Источник

Заглянем за кулисы разработки: подборка исходных кодов классических игр

Обожаю заглядывать за кулисы. Мне интересно, как делаются вещи. Мне кажется, что большинству людей это тоже интересно.

Исторически так сложилось, что видеоигры не делятся исходниками. Конечно, они ведь предназначены для игроков. Но для программистов там всегда есть, на что посмотреть. И некоторые игры всё-таки выпускали свои исходники. А я давно намеревался сделать такую подборку.

К сожалению, почти все игры – для PC. Найти исходники для консолей или аркад почти нереально, и большинство программистов не в курсе различий подходов к программам на платформах, отличных от PC.

Многие игры после выпуска исходников были улучшены и дополнены сообществом – я намеренно даю ссылки только на оригинальные исходники. Так что, если вас вдруг интересуют апгрейды – они могут существовать.

Многие игры были рассмотрены на сайте Fabien Sanglard. Если вам интересны подробности их работы, то пожалуйте к нему.

Можно заметить, что многие игры принадлежат id Software/Apogee. Совпадение? Не думаю. id славится открытостью и привычкой выпускать исходники. Старые коммерческие игры уже не имеют ценности и были бы потеряны – не лучше ли, чтобы кто-то учился чему-то полезному на их основе?

Итак, приступим (в хронологическом порядке):

Colossal Cave Adventure (1976)

Разработчик: William Crowther and Don Woods
Издатель: Разные.
Платформа: PDP-10 и друзья.

“You are in a maze of twisty little passages, all alike.” («Вы находитесь в лабиринте из неотличимых друг от друга небольших извилистых проходов»).

Возможно, это не на 100% коммерческая игра. Но её продавали, кроме того, она имеет историческую важность. И, кстати, именно по мотивам названия этой игры все приключенческие игры называются adventure.

Оригинал был написан на Fortran, в котором современным программистам будет сложновато разобраться. Но последние версии были на C.

Catacomb (1989)

Разработчик: John Carmack
Издатель: Softdisk
Платформа: Apple II / DOS

Не путайте с Catacomb 3D. Это ранняя двумерная версия игры. Разработана Кармаком до создания id и полностью написана на Turbo Pascal.

Prince Of Persia (1989)

Разработчик: Jordan Mechner
Издатель: Brøderbund
Платформа: Apple II / DOS / many more
Обзор кода: fabiensanglard.net

Prince Of Persia произвёл фурор благодаря плавной анимации, голливудскому стилю подачи истории и интересному геймплею.

Написана полностью на ассемблере, что затрудняет задачу обзора кода. Рекомендую посмотреть интервью с Джорданом Мехнером, где он делится деталями о создании игры.

SimCity (1989)

Разработчик: Maxis
Издатель: Maxis / Brøderbund
Платформа: All

Игра начала новый жанр. В основе алгоритма – симуляция города посредством клеточных алгоритмов. Хороший пример кода, который стоит изучить для понимания принципов работы. Исходники для unix-порта 1990 года были выпущены в 2008 году.

Hovertank 3D / Catacomb 3D (1991)

Разработчик: id Software
Издатель: Softdisk
Платформа: DOS

Первая веха в истории трёхмерных шутеров id Software. Эти игры используют технику raycasting, которая была улучшена в следующем хите, Wolfenstein, где были добавлены текстуры.

Star Control II (1992)

Разработчик: Toys for Bob
Издатель: Accolade
Платформа: DOS / 3D0

Уникальная игра, не вписывающаяся ни в один из строгих жанров. Внешний вид чётко напоминает нам о 90-х годах и системе VGA, где цвета были подобраны не для красоты, а из стандартной палитры DPaint.

Рекомендую почитать обзор кода от The Escapist.

Исходник получен с порта на 3D0, оригинальный же был утерян. Это часто случается со старыми играми, когда разработчики уходят из компании.

Wolfenstein 3D / Blake Stone (1992/3)

На основе предыдущего движка Catacomb был сделан серьёзный апгрейд на VGA-графику. И играть стало интереснее. Как в большинстве случаев с компанией id, исходники сравнительно легко читать, хотя ключевые части написаны на 16-битном ассемблере (в Doom уже такого не встретишь).

Интересно отметить, что для рисования вертикальных линий они динамически генерируют разные функции для каждой из возможных высот стен.

У Fabien можно найти инструкцию по компиляции исходников на современных инструментах.

Blake Stone, ответвление от Apogee на том же движке, вышло в 1993 году, за неделю до Doom. Можно представить, почему оно кануло в лету.

Doom (1993)

В каком-то смысле это самый важный для изучения движок. В своё время это была революция – мир от первого лица, не плоский, как Wolf3D. Освещение, текстуры и изобретение DeathMatch.

Одной из самых знаковых вещей стало изобретение идеи «движка». До этого игры были сильно связаны с данными. Doom пропагандировал отвязку данных игры от движка. Это породило целые сообщества, модифицировавшие игры (Aliens TC, Fistful Of Doom).

Descent (1994)

Многие компании кинулись догонять Doom, запустив волну «Клонов Doom». Parallax удалось сделать нечто совсем другое.

В игре можно было летать на корабле по трёхмерному лабиринту из проходов, в отличие от 2.5D коридоров Doom (у id полная трёхмерность появилась лишь в Quake год спустя).

Gravity Force 2 (1994)

Разработчик: Jens Andersson and Jan Kronqvist
Издатель: Shareware
Платформа: Amiga

Многие современники вспомнят эту игру. Amiga Power однажды назвала её второй лучшей игрой всех времён.

Это не совсем коммерческая игра, она была выпущена по принципу платного shareware, а затем её раздавали бесплатно на диске Amiga Power. Включил её в список потому, что в ту пору вообще редкие игры выдавали свои исходники. Если вам интересно, как делались 16-битные игры, обратите внимание.

Heretic / Hexen (1994/5)

Это был уникальный клон Doom по двум причинам: 1) лицензированный движок Doom и 2) хороший геймплей

Заметные улучшения: возможность смотреть вверх и вниз, скриптовой движок для внутриигровых событий (новая идея на то время).

Rise Of The Triad: Dark War (1995)

ROTT это была странная игра. Она была порождена движком Wolfenstein 3D, при этом создатели умудрились эмулировать ощущения разных высот. Но всё равно игра не смогла конкурировать с Doom от 1993 года.

Marathon 2: Durandal (1995)

Разработчик: Bungie Software
Издатель: Bungie Software
Платформа: Apple Macintosh / Windows 95

Серия отличилась тем, что в своё время попала в крайне маленький список игр, доступных на Apple Macintosh. И, в общем-то, это клон Doom. А через 3 месяца после её выхода id Software выпустила знаменитый “qtest”, позволявший взглянуть на движок Quake.

Поскольку Маки тогда использовали лишь писатели с художниками, несмотря на все усилия, серия провалилась. Небольшая компания разработчиков имела неплохой успех на разных других платформах.

Duke Nukem 3D / Shadow Warrior (1996)

Разработчик: 3D Realms
Издатель: GT Interactive Software
Платформа: DOS
Code review: fabiensanglard.net

Из множества клонов, игры 3D Realms отличились хорошими попытками привнести нечто новое в игру. Движок Кена Сильвермана Build Engine добавил много интересных фич вроде наклонных полов, комнат, расположенных друг над другом и зеркал.

К сожалению, в отличие от самой игры, исходники просто ужасны. Я рылся в них несколько раз и до сих пор не могу разобраться, что там где. К счастью, обзор от Fabien проливает некоторый свет на происходящее в коде.

За дополнительной информацией обращайтесь на страницу автора.

Quake 1/2/3 (1996-1999)

Разработчик: id Software
Издатель: GT Interactive / Activision
Платформа: DOS / Windows / others
Code review: fabiensanglard.net (Quake 1)
Code review: fabiensanglard.net (Quake 3)

Тут писать особо нечего, вы и сами всё знаете. Знатная веха в создании полностью трёхмерных движков, без всяких хаков вроде 2.5D

Упомяну несколько интересных подробностей. Возможно, это первая коммерческая игра, скомпилированная компилятором с открытым исходным кодом (DJGPP for DOS, ранний порт gcc).

В игре был свой скриптовой язык “Quake C” (позже lcc у Quake 3). Он был встроен специально для того, чтобы игроки могли делать модификации. Это, вкупе с системой ресурсов PWAD, породило огромное сообщество моддеров.

В Quake 1 был инновационный механизм кэширования результатов шейдинга. Но после распространения 3D-ускорителей это потеряло смысл. Следующая игра от id, Rage, использовала эту же идею.

Кроме того, Quake был очень надёжным движком. Никаких глюков растра или обсчёта столкновений.

Abuse (1996)

Разработчик: Crack dot Com
Издатель: Electronic Arts / Origin Systems
Платформа: DOS / Linux / Mac

В игре было использовано несколько инноваций. Крутая система управления одновременно с мыши и клавиатуры. Динамическое освещение (неслыханная вещь для платформеров).

Но больше всего, как программисту, мне понравилась система «визуального Lisp». Вся игра заскриптована на языке, напоминающем Lisp. Поведение врагов можно изменять во время выполнения игры, а не просто включать в код.

Ещё одним интересным моментом стал способ, по которому события можно подключать во встроенном редакторе карт – визуально перетаскивать линии от выключателя к двери, или от ловушки к месту, где появляются враги. Присутствует возможность задавать логику И/ИЛИ в виде скрытых объектов на уровне. Такого я в других редакторах не встречал.

Коммерческого успеха игра не снискала и через два года исходники были опубликованы. Следующая игра от Crack Dot Com, Golgotha, была выпущена по принципу open-source, включая всю графику.

Aliens versus Predator (1999)

Какое облегчение видеть здесь шутер не за авторством id. И хотя технических инноваций в игре особо не было, сингл-кампания у неё вышла просто потрясающей. И игра остаётся хорошим примером движка не от id.

Freespace 2 (1999)

Как бы наследник франшизы Descent, но не совсем. Кампания и мультиплеер проходят полностью в космическом пространстве.

Прекрасный пример, как публикация исходников продляет жизнь игр на годы. К игре выпускаются всяческие наборы нового контента и апгрейды.

The Operative: No One Lives Forever (2000)

У движка LithTech история долгая, хотя он и находится в тени более известных Quake и Unreal engine. Я особенно не рылся в исходника NOLF, но я подозреваю, что там есть лишь исходники самой игры, но не графического движка. И однозначно там не будет частей, связанных с работой на PlayStation 2.

А жаль – разработка для PS2 в наши дни должна выглядеть для программистов инопланетным делом, поскольку она гораздо сильнее подходила в методу ориентации на данные, чем это делают современные API.

MechCommander 2 (2001)

Разработчик: FASA Interactive
Издатель: Microsoft
Платформа: Windows

Исторически Microsoft и открытые исходные коды вместе не уживались. Но на склоне лет ситуация начинает смягчаться. Всё-таки приятно видеть, что большие компании приходят к более открытым взглядам на вещи – все эти наработки имеют нулевую коммерческую ценность, они ценны лишь исторически.

В прошлом году даже были выпущены исходники ранних версий MS-DOS и Word, что было неслыханным делом лет 30 назад.

Doom 3 (2004)

Разработчик: id Software
Издатель: Activision
Платформа: Windows / Mac / Linux / Xbox / PS3
Code review: fabiensanglard.net

Если вы хотите изучить движки современных игр высшего класса, то Doom 3 – это один из наилучших примеров. На время выхода он был инновационным во многих областях. Метод использования моделей высокого разрешения на элементах низкого разрешения в игре сейчас является стандартом для коммерческих игр. В исходнике есть много всего интересного – одна лишь система обработки физики достойна изучения, в частности, отслеживание столкновений.

Это первая игра от id, написанная на С++. Прошлые игры из-за использования С несли в себе простоту. Doom 3 тоже довольно простой, но заметно уже изменение его вектора движения.

Также игра (печально) известна использованием трафаретных теней при расчёте освещения. Можно спорить, был это интересный эксперимент или поле для дальнейшей работы, но сегодняшние игры предпочитают использовать карты теней. Возможно, эта техника когда-нибудь ещё пригодится.

Gish (2004)

Разработчик: Cryptic Sea
Издатель: Chronic Logic / Stardock
Платформа: Windows / Linux

Gish был примечателен физикой «мягкого тела» и интересным подходом ко времени. Интересно разбираться в его исходниках и выяснять, как что работает. Никаких сторонних физических движков тут нет.

Интересно, что игра полностью написана на С – сейчас это редко встречается. Это не самый аккуратный из всех виденных мною исходников, но это хороший пример того, как игра может не превращаться в гигантскую расползшуюся базу кода с сотнями внешних зависимостей.

Canabalt (2009)

Разработчик: Adam Saltsman
Издатель: Semi-Secret / Beatshapers / Kittehface
Платформа: Flash / iOS / PSP / Android / Ouya

Не самая сложная игра, ну и что? Если вы хотите научиться делать игры, начинайте с простого – вот с этого.

Прототипирование заняло 5 дней, портирование на iOS – 10. Пример превращения простой идеи в достойное выражение. Это как бы возвращение 8-битной эпохи, когда еженедельно могли появляться новые жанры. Жаль, что с тех пор люди предпочитают клонировать идеи, а не творить самостоятельно.

Canabalt показывает, насколько вещи можно сделать просто, если захотеть.

Что я упустил

Нужно упомянуть ещё несколько игр. Они не выпускали исходников, но подверглись фанатскому обратному инжинирингу. Это, конечно, не то же самое, что настоящие исходники, но тоже может быть интересным:

Не попали в рейтинг

Сорцы следующих игр утекли в сеть нелегально, поэтому они не попали в зал славы:

Half Life 2
Falcon 4.0
ReVolt
Turrican III
Mr. Nutz: Hoppin’ Mad
Trespasser (ладно уж, вот вам обзор кода)

Источник