关于刷题环境的看法与选择

今天在准备机试，拿起很久没刷的算法题 （上次刷题还是大一刷洛谷） ，除了考虑刷哪一套题单，要考虑的就是使用什么语言、什么环境来刷。

2023年5月更新：

经过一个多月的刷题，我的看法有了转变。实际上，使用哪种语言并不是关键。相反，如果你想迅速掌握一门语言的基本特性，用它来刷题就是最佳选择。

刷题环境的选择标准

由于线上环境与本地环境有较大区别，而面向机试的刷题练习应该尽量做到与线上环境保持一致 ，因此我提出了对本地环境的以下几点基本要求：

• 尽量使用 文本编辑器+单文件（脚本） 的方式而 非IDE+项目 的模式，方便管理多道题目
• 编译运行过程尽量简单，且支持单步调试
• 语法简单易上手 （刷题就不要想borrow的事情了） ，有完善的轮子 （谁也不想用C手搓堆吧）
• 语言运行速度不拖后腿，这点其实不太重要，因为大多只看复杂度而不看绝对时间
• 环境本身不应提供过多辅助功能（如Copilot），有些在线环境甚至不提供代码提示

基于上述的基本标准，我们再进一步地细化一些标准，优先级从上到下递减：

1. 完善的轮子，如容器库、基础数据类操作方法等
2. 单文件结构体系（或脚本语言），不依赖项目（刷题几乎不存在项目复用的需求，除非极少数题目共享数据结构需要多文件模块化）
3. 函数为一等公民，而不必用类去包裹
4. 简便的调试，清晰的异常处理信息
5. 性能够用，贴近底层，有更多优化空间（不打榜的话其实没有需求）

刷题环境的推荐

根据我们上面提出的规则，根据满足的规则多少，我们将按优先级先后排列主流刷题环境，并依次叙述如何快速配置（均搭配Windows下的VS Code编辑器）：

1. C++ 11: 满足1、2、3、5（4部分符合）
2. JS: 满足1、2、3、4（不包含TS，TS配置太麻烦了，不能开箱即用）
3. Python：满足1、2、3、4~~（其实个人感觉Python比JS更好，但由于我讨厌Python的缩进所以放到后面）~~
4. C# Script：满足1、2、3（部分4，且性能有些一言难尽）
5. Java：满足1、4~~（如果不是后端需求大我真的都不想推荐）~~

VS Code 中的相关插件就不再推荐，自己搜索官方插件安装即可。

C++ 11

先抛开C++贴近底层的性能优势不谈（单纯刷题的话并无太大优势），由于C语言几乎是科班必修，C++完全可以当成C+STL来用，对初学者而言上手难度极低。

与此同时，在使用C++、看别人题解的同时也可以学习一些比较现代的C++语法（亲测洛谷、力扣和牛客都支持C++11），如auto迭代器、lambda表达式等。除此之外，C++的上限还很高，换句话说就是C++允许你去抠每个细节的性能，如果你觉得官方库的性能不尽人意你甚至可以自己写来超过官方库（如果你够牛的话，比如超过不开O2的STL）。

除此之外，C++还是CSP的官方赛事语言~~（不喜欢Java的同学们有福啦）~~，虽然只允许你使用 Dev-CPP 作为环境。

环境配置（WSL2）

做C++开发的话，个人还是推荐在Linux环境下，WSL2 Ubuntu就是不错的选择。一方面可以避免Windows下C++安装配环境变量很麻烦或者被迫用 msbuild 的情况，一方面还可以练一练 Linux 小技巧，一石二鸟，何乐而不为呢？

首先安装WSL2（这部分略），安装完成后安装C/C++套件：

sudo apt-get install build-essential gdb

# 安装完成后检查
g++ -v
gdb -v

如果成功打印了版本说明安装成功！

接着配置 VS Code 中的 WSL 开发环境，包括 launch.json 和 tasks.json 两部分，详见：使用vs code和wsl搭建C/C++开发环境_wsl c++。（偷懒了，以后会补充的）

环境配置（Windows）

如果你是一个坚定的 Windows 党，你也可以选择手动在 Windows 上配置 mingw-w64 套件来安装 g++（总之就是不推荐在VS以外使用MSBuild）

具体步骤如下：

1. 在mingw-w64官网找到一个Windows的预编译包（一般是x86-64），我个人用的是llvm-mingw (github.com)（如果你上不去或者下载不了，建议先把梯子搞定了，而不要去找网盘或者镜像源，学会使用国际互联网是在中国搞开发的第一步）
2. 下载，解压，放到你喜欢的目录下面，比如我的目录是 c:/mingw，注意看里面应该有一个 bin/ 目录，而里面就有 gcc.exe 和 g++.exe 等等
3. 把解压的目录添加到环境变量
4. 添加完了在终端里试试 g++ -v，如果显示了版本就说明安装成功。

后续配置VSCode的过程和上面几乎相同。

C++的弊端

• C++的语法非常的不优雅，相对于C#和Java来说，一堆::和下划线实在不是很好看
• C++的字符串处理不太行，很多功能如split等都需要手写
• C++的报错信息很不友好，堆分配对象的Debug体验也很不好（指针就只给你显示它自己解引用的值）
• VSCode配置相比JS和Python这样的脚本语言来说麻烦很多

但是没办法，你就是得会、得用C++。

JS

虽然我个人秉承着能用TS就不用JS的理念，但这也只是工程上。刷题的时候强调的就是一个开箱即用，而TS还要转译、配置无疑太过麻烦了，而且引入类型系统对刷题这个代码量其实没有太多的好处。

JS是动态类型的、解释型的脚本语言，语法和Java很像，而且也可以直接编写顶层函数，也可以使用ES6后的现代语法和容器等等，而且它的配置相比C++来说简单太多，VS Code这种本就为前端而生的编辑器对JS和Node的支持可以说是开箱即用。

之前我还在担心JS的动态类型和奇怪特性会影响刷题，但现在看来完全是我多想了，用JS刷题对于前端er和Java开发者都是很爽的（特别是对C不熟悉的人）。

配置过程

1. 安装 Node.JS （16或18都可以），过程比较简单，下一步即可
2. 运行 node --version 检查安装情况
3. 直接在 VS Code 里开写，调试配置会自动生成（Run Code也可以直接运行）

Python

Python 作为数据科学常用的语言，也是动态的、解释型的，其实个人感觉刷题体验和JS应该是不相上下的。与JS不同的是，cpython的底层让Python更多作为其他语言的“前端”存在（如C++写的众多机器学习、科学计算库），像胶水一样黏合不同的语言，降低使用门槛。

但是刷题过程中几乎不用到这些第三方库，Python的生态优势就消散了不少，不过即使Python本身性能较弱，但面对刷题这样的“轻量级需求”还是绰绰有余的。

个人而言，Python令我最膈应的地方还是缩进语法了，我真的很难想象一个正经语言会用空白符作为有用的语义分割。

最后，我的评价是：该用还得用，如果你本来就对Python很熟，用就对了！

配置过程

1. 安装 Python（Python的版本管理是很麻烦的，但是刷题不管）
2. 检查环境变量，终端运行 python
3. 直接在 VS Code 里开写，调试配置会自动生成（Run Code也可以直接运行）

C# Script

这里不再推荐传统C#项目，而是C# Script，什么是C# Script可以看看我的这篇文章。毕竟 C# Script（下文简称CSX）就是利用了顶层语句和隐式引用语法糖+REPL解释环境的C#环境，也就是说里面完完全全就是C#的语法和环境，只是变成了脚本语言的形式。

它最大的优势就是C#完备的轮子（各种容器、数据处理和LinQ），还有C#大量的语法糖降低了编写复杂度（如var类型、隐式元组等），而这一切又以脚本的形式呈现出来（感觉就像 Python++），还支持单步调试。

它也有几点缺点，而且这些缺点还不小，所以排名才这么靠后：

• 性能问题：REPL环境天生性能更差，在线平台C#的性能表现也不尽人意，但是过关肯定没问题
• 大部分刷题环境不支持CSX，需要手动转换成类语法比较麻烦

具体配置的话还是参考我的另一篇文章：初探 C# Script - ChlorineC's Blog

Java

个人感觉Java最大的槽点是擦除式泛型，但是这对刷题几乎没有影响。

Java 个人感觉最大的问题和 C# 这样的强OOP语言一样，是与项目深度绑定，但 C# Script 已经出了，所以现在只有 Java 一枝独秀了（谁让JS和Java不算是一门语言呢）。

如果你用着IDEA的话，那就直接用Java也没啥问题，否则个人感觉用VS Code去配Java还是有点麻烦的，具体配置过程这里就不再赘述。

至于老生常谈的GC和JVM调优这些问题，一方面对刷题根本没有影响，一方面新版本的JDK已经基本解决了这些问题（zGC和Native AOT）。

我本来以为Java和.NET性能应该是半斤八两的，毕竟个人体验下来在本地环境里.NET7其实会略快于Java11，但是刷题的实际成绩中Java大幅领先C# 10倍左右，时间复杂度直逼C++。

Benchmark

这里以搜索二维矩阵为例，以全部二分法在LeetCode的评测结果作为Benchmark测试各平台性能。

在线平台：LeetCode 2023/04/12

解题代码如下（以C#为例）：

public class Solution {
    public bool SearchMatrix(int[][] matrix, int target) {
        if (matrix.Length == 0 || matrix[0].Length == 0) return false;
        int begin, mid, end;
        begin = mid = 0;
        int dim1 = matrix.Length, dim2 = matrix[0].Length;
        end = dim1 * dim2 -1;
        while (begin < end) {
            mid = (begin + end) / 2;
            if (matrix[mid/dim2][mid%dim2] < target) begin = mid + 1;
            else end = mid;
        }
        return matrix[begin/dim2][begin%dim2] == target;
    }
}

最终相同代码在不同语言下得到的成绩如下：

【图坏了】

可以看到：

• C++发挥稳定，内存占用一如既往的独一档，但Java执行用时和其在一个水平上令人亮眼
• C#和Java作为带Runtime和GC的语言，内存占用在一个量级上
• C#不知道什么原因大幅落后于Java
• Python表现令人意外（也可能是C#令人太意外了），处于中规中矩的水平

个人的其他困惑

关于在线平台个人最大的不满还是运行环境的不透明性，你不能直观地知道当前运行环境的SDK版本，也不知道相关配置（有没有开启特定优化）。

其次是在线编译器的代码提示不完整，编译和Debug体验也不好，与本地环境脱节比较严重。