解锁 Hello World 的 N 种炫酷玩法

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一、引言

在编程的世界里，“Hello World” 就像是一把神奇的钥匙，开启了无数人探索编程奥秘的大门。它作为编程学习的经典入门示例，有着不可替代的重要地位。对于初次接触编程的人来说，成功输出 “Hello World”，就像是在新领域里迈出了坚实的第一步，带来的不仅是成就感，更是继续深入学习的动力。它不仅验证了开发环境的正确性，也让学习者初步熟悉了编程语言的基本语法和结构。

随着技术的飞速发展，编程领域涵盖的技术栈越来越广泛，从传统的编程语言如 C、Java、Python，到新兴的硬件交互编程、AI 模型应用等。每一种技术栈都有其独特的魅力和应用场景，也为实现 “Hello World” 带来了无限的创意可能。在本文中，我们将突破常规，探索如何用多种不同的技术栈来实现创意版的 “Hello World”，展现编程世界的多样性和趣味性。

二、编程语言之美

编程语言是程序员与计算机沟通的桥梁，每一种语言都有其独特的语法和特性，这也为实现 “Hello World” 带来了丰富多彩的方式。接下来，让我们一同探索用 C 语言和汇编语言实现创意版 “Hello World” 的奇妙过程。

2.1 C 语言艺术字输出

C 语言作为一种高效且灵活的编程语言，在系统开发、嵌入式编程等领域有着广泛的应用。通过结合 EasyX 图形库，我们可以突破传统的文本输出方式，以艺术字动画的形式展示 “Hello World”，为这个经典示例增添一份独特的魅力。

1. 实现思路：
   • 创建绘图环境：使用 EasyX 图形库的initgraph函数初始化一个绘图窗口，为后续的图形绘制提供基础。
   • 定义并获取点集：
     • 定义两个全局变量g_pDst和g_pSrc，分别指向目标点集和源点集。同时，定义g_nWidth、g_nHeight和g_nCount，用于记录文字的宽度、高度以及点集包含的点的数量。
     • 在GetDstPoints函数中，创建一个临时的图像对象img，使用SetWorkingImage函数将当前绘图目标设置为该图像对象。接着，使用setcolor和setfont函数设置绘图颜色为白色，字体为 Arial，大小为 100。通过textwidth和textheight函数计算字符串 “Hello World!” 的宽度和高度，并使用Resize函数调整图像对象的尺寸。然后，使用outtextxy函数将字符串输出到图像对象中。通过遍历图像对象中的每个像素，判断其颜色是否为白色，若是则计数，从而得到构成目标字符串的点的数量。最后，根据点的数量创建目标点集g_pDst，并将图像中白色像素的坐标存储到目标点集中，同时将坐标进行偏移，使其显示在窗口的中心位置。
     • 在GetSrcPoints函数中，使用time函数获取当前时间作为随机种子，通过srand函数设置随机数种子。然后，根据目标点集的数量创建源点集g_pSrc，并为每个源点生成随机的坐标，使其分布在整个绘图窗口内。
   • 实现动画效果：在主函数的循环中，逐步将源点集的点移动到目标点集的位置。通过计算当前移动的比例i，根据公式x = g_pSrc[d].x + (g_pDst[d].x - g_pSrc[d].x) * i / 256和y = g_pSrc[d].y + (g_pDst[d].y - g_pSrc[d].y) * i / 256计算每个点在当前步骤中的新坐标，并将其绘制在屏幕上。同时，使用Blur函数对屏幕进行模糊处理，营造出一种动态的模糊效果。在每次循环中，使用Sleep函数实现动画的延时效果，使动画播放更加流畅。
   • 清理资源：在程序结束时，使用delete运算符释放为目标点集和源点集分配的内存，避免内存泄漏。最后，使用closegraph函数关闭绘图窗口，结束程序。
2. 完整源码：

#include <graphics.h>
#include <conio.h>
#include <time.h>

// 定义全局变量
POINT *g_pDst; // 点集(目标)
POINT *g_pSrc; // 点集(源)
int g_nWidth;   // 文字的宽度
int g_nHeight;  // 文字的高度
int g_nCount;   // 点集包含的点的数量

// 获取目标点集
void GetDstPoints() {
    // 设置临时绘图对象
    IMAGE img;
    SetWorkingImage(&img);
    // 定义目标字符串
    TCHAR s[] = _T("Hello World!");
    // 计算目标字符串的宽高，并调整临时绘图对象的尺寸
    setcolor(WHITE);
    setfont(100, 0, _T("Arial"));
    g_nWidth = textwidth(s);
    g_nHeight = textheight(s);
    Resize(&img, g_nWidth, g_nHeight);
    // 输出目标字符串至img对象
    outtextxy(0, 0, s);
    // 计算构成目标字符串的点的数量
    int x, y;
    g_nCount = 0;
    for (x = 0; x < g_nWidth; x++)
        for (y = 0; y < g_nHeight; y++)
            if (getpixel(x, y) == WHITE)
                g_nCount++;
    // 计算目标数据
    g_pDst = new POINT[g_nCount];
    int i = 0;
    for (x = 0; x < g_nWidth; x++)
        for (y = 0; y < g_nHeight; y++)
            if (getpixel(x, y) == WHITE) {
                g_pDst[i].x = x + (640 - g_nWidth) / 2;
                g_pDst[i].y = y + (480 - g_nHeight) / 2;
                i++;
            }
    // 恢复对屏幕的绘图操作
    SetWorkingImage(NULL);
}

// 获取源点集
void GetSrcPoints() {
    // 设置随机种子
    srand((unsigned int)time(NULL));
    // 设置随机的源数据
    g_pSrc = new POINT[g_nCount];
    for (int i = 0; i < g_nCount; i++) {
        g_pSrc[i].x = rand() % 640;
        g_pSrc[i].y = rand() % 480;
    }
}

// 全屏模糊处理(忽略屏幕第一行和最后一行)
void Blur(DWORD* pMem) {
    for (int i = 640; i < 640 * 479; i++) {
        pMem[i] = RGB((GetRValue(pMem[i]) + GetRValue(pMem[i - 640]) + GetRValue(pMem[i - 1]) + GetRValue(pMem[i + 1]) + GetRValue(pMem[i + 640])) / 5,
            (GetGValue(pMem[i]) + GetGValue(pMem[i - 640]) + GetGValue(pMem[i - 1]) + GetGValue(pMem[i + 1]) + GetGValue(pMem[i + 640])) / 5,
            (GetBValue(pMem[i]) + GetBValue(pMem[i - 640]) + GetBValue(pMem[i - 1]) + GetBValue(pMem[i + 1]) + GetBValue(pMem[i + 640])) / 5);
    }
}

// 主函数
void main() {
    // 初始化
    initgraph(640, 480);
    // 创建绘图窗口
    DWORD* pBuf = GetImageBuffer();
    // 获取显示缓冲区指针
    GetDstPoints();
    // 获取目标点集
    GetSrcPoints();
    // 获取源点集
    // 运算
    int x, y;
    for (int i = 2; i <= 256; i += 2) {
        COLORREF c = RGB(i - 1, i - 1, i - 1);
        Blur(pBuf);
        // 全屏模糊处理
        for (int d = 0; d < g_nCount; d++) {
            x = g_pSrc[d].x + (g_pDst[d].x - g_pSrc[d].x) * i / 256;
            y = g_pSrc[d].y + (g_pDst[d].y - g_pSrc[d].y) * i / 256;
            pBuf[y * 640 + x] = c;
            // 直接操作显示缓冲区画点
        }
        Sleep(5);
        // 延时
    }
    // 清理内存
    delete g_pDst;
    delete g_pSrc;
    // 按任意键退出
    _getch();
    closegraph();
}

2.2 用汇编语言实现经典

汇编语言作为一种面向机器的低级编程语言，能够直接操作硬件资源，让我们更深入地了解计算机的工作原理。下面为大家展示一段为 Intel 8080 平台编写的汇编版 “Hello World” 程序。

1. 实现思路：
   • 设置 BDOS 功能调用：程序开头定义了bdos equ 0005H，这是 BDOS（Basic Disk Operating System）的入口点。BDOS 是 CP/M（Control Program for Microcomputers）操作系统的核心部分，提供了一系列基本的输入输出和文件操作功能。
   • 设置输出字符串功能：在start部分，通过mvi c,9将功能号 9 传递给寄存器 C，功能号 9 在 BDOS 中表示输出字符串。
   • 指定字符串地址：使用lxi d,msg$将字符串msg$的地址加载到寄存器对 D 和 E 中，其中msg$是定义在程序后面的包含“Hello,world!$” 的字符串。
   • 调用 BDOS 输出字符串：执行call bdos指令，调用 BDOS 功能，将寄存器 C 中的功能号和寄存器对 D、E 中的字符串地址传递给 BDOS，BDOS 根据功能号 9，找到对应的输出字符串功能，并将指定地址的字符串输出到控制台。
   • 返回操作系统：最后，使用ret指令返回调用者，在这个程序中，调用者是 CP/M 操作系统的命令处理程序（CCP，Command Control Program），程序执行完毕后，返回到 CCP，等待用户的下一个命令。
2. 完整源码：

bdos    equ    0005H    ; BDOS entry point
start:  mvi    c,9      ; BDOS function: outputstring
        lxi    d,msg$   ; address of msg
        call   bdos
        ret             ; return to CCP
msg$:   db    'Hello, world!$'
end     start

通过这个汇编程序，我们可以看到计算机底层是如何通过特定的功能调用和寄存器操作来实现字符串输出的，这与高级语言中简洁的输出函数背后有着复杂而精细的硬件交互过程。

三、硬件交互的奇妙世界

硬件交互编程为 “Hello World” 带来了全新的展现形式，它让我们能够直接与物理世界进行互动，通过控制硬件设备来表达信息。接下来，我们将探索在 Arduino 和 STM32 平台上，如何通过控制 LED 灯的闪烁来实现创意版的 “Hello World”。

3.1 Arduino 与 LED 的舞蹈

Arduino 作为一款广受欢迎的开源电子原型平台，以其简单易用、丰富的扩展库和强大的社区支持，在电子制作和创意项目中发挥着重要作用。通过 Arduino 控制 LED 闪烁来实现 “Hello World” 效果，是进入硬件交互编程领域的绝佳起点。

1. 实现原理：Arduino 的数字引脚可以输出高电平（5V）或低电平（0V），通过控制连接 LED 的引脚输出电平的变化，就可以实现 LED 的亮灭。在这个示例中，我们将 Arduino 的 13 号引脚设置为输出模式，通过循环让该引脚在高电平和低电平之间切换，从而使 LED 以一定的时间间隔闪烁，这种闪烁的节奏就像是 Arduino 在向世界发出 “Hello World” 的问候。
2. 完整源码：

void setup() {
  // 将数字引脚13设置为输出模式
  pinMode(13, OUTPUT); 
}

void loop() {
  // 点亮LED
  digitalWrite(13, HIGH); 
  // 延时1000毫秒（1秒）
  delay(1000); 
  // 熄灭LED
  digitalWrite(13, LOW); 
  // 延时1000毫秒（1秒）
  delay(1000); 
}

在这段代码中，setup函数在 Arduino 通电或复位后只执行一次，用于初始化引脚模式。loop函数则会不断循环执行，实现 LED 的闪烁效果。

3.2 STM32 点亮小灯

STM32 是意法半导体推出的一系列 32 位高性能微控制器，以其丰富的外设资源、强大的处理能力和低功耗特性，在工业控制、物联网、智能家居等众多领域得到了广泛应用。在 STM32 平台上，我们可以利用 STM32CubeIDE 这个强大的开发工具，通过配置引脚和编写代码，让小灯闪烁来代表 “Hello World”。

1. 实现过程：
   • 创建工程：打开 STM32CubeIDE，创建一个新的 STM32 工程，选择对应的 STM32 芯片型号，例如 STM32F103C8T6。
   • 配置引脚：在 Pinout & Configuration 页面，选择要使用的引脚，比如 PC13（通常板载 LED 会连接到这个引脚），将其设置为 GPIO_Output 模式。在 Configuration 选项卡中，设置引脚的输出类型为 Push - Pull（推挽输出），速率根据需求选择，这里选择 LOW 即可。
   • 修改代码：在生成的代码中，找到main函数，在while(1)循环中添加如下代码：

while (1)
{
  // 等待1000毫秒
  HAL_Delay(1000); 
  // 翻转PC13引脚的电平状态
  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); 
}

这段代码使用了 STM32 HAL 库中的函数，HAL_Delay用于延时，HAL_GPIO_TogglePin用于翻转指定引脚的电平，从而实现小灯的闪烁效果。

四、AI 模型应用的创新之旅

在 AI 技术蓬勃发展的时代，利用 AI 模型实现创意版的 “Hello World”，不仅是对 AI 能力的初步探索，更是开启无限创新可能的钥匙。通过与强大的 AI 模型交互，我们能够以全新的方式表达信息，实现更加智能、有趣的交互体验。接下来，我们将深入探索如何使用 OpenAI API 和 LangChain 框架，打造独特的 AI 交互体验。

4.1 OpenAI API 初体验

OpenAI 作为人工智能领域的佼佼者，其提供的 API 为开发者提供了强大的语言处理能力。通过调用 OpenAI API，我们可以实现简单的对话交互，让 AI 以 “Hello World” 作为回应，开启与 AI 交流的大门。

1. 准备工作：
   • 获取 OpenAI Key：首先，你需要在 OpenAI 官网注册账号，然后在账号设置中获取 API Key。这个 Key 就像是一把钥匙，用于解锁 OpenAI API 的强大功能。获取过程可能需要填写一些信息，并描述你对 OpenAI API 的使用计划。如果你想使用某些特定的 API，可能还需要申请特殊的 API 密钥。
   • 配置环境：创建一个新的项目文件夹，在其中创建一个名为.env 的文件，用于存储你的 OpenAI Key，内容如下（将 sk-xxx 替换为你自己的 Key）：

OPENAI_API_KEY="sk-xxx"

接着，安装必要的库，在命令行中运行：

pip install python-dotenv openai

2. 实现代码：新建一个 Python 文件，例如openai_hello.py，输入以下代码：

from openai import OpenAI
# 加载.env文件中的环境变量
from dotenv import load_dotenv, find_dotenv
_ = load_dotenv(find_dotenv())

client = OpenAI()
response = client.chat.completions.create(
    model="gpt-3.5-turbo",
    messages=[
        {"role": "user", "content": "请说Hello World"}
    ]
)
print(response.choices[0].message.content)

这段代码通过OpenAI类创建一个客户端，使用chat.completions.create方法发送一个包含用户问题的消息列表，model参数指定使用的模型为gpt-3.5-turbo。AI 接收到问题后，会根据模型的训练结果生成回复，我们通过response.choices[0].message.content获取并打印 AI 的回复。

4.2 LangChain 框架的魅力

LangChain 是一个强大的用于构建大语言模型应用的开源框架，它提供了一系列模块化的组件，使得开发者能够轻松地将不同的功能组合在一起，创建出复杂而智能的应用程序。通过 LangChain，我们可以更高效地利用 OpenAI 等大语言模型，实现更加丰富的交互功能。

1. LangChain 框架介绍：LangChain 具有以下几个核心模块：
   • Models：支持多种大语言模型，如 ChatGPT、ChatGLM、T5 等，方便开发者根据需求选择合适的模型。
   • Prompt：用于管理和自定义提示词，通过精心设计提示词，可以引导模型生成更符合期望的回答。
   • Chains：一系列对各种组件的调用，可以将多个组件组合在一起，实现复杂的业务逻辑。
   • Agents：能够决定模型采取哪些行动，执行并且观察流程，直到完成为止，还可以授予大模型使用外部工具的能力。
   • Memory：用于保存和模型交互时的上下文状态，使得模型能够记住之前的对话内容，实现多轮对话的连贯性。
   • Indexes：用于结构化文档，以便和模型交互，帮助模型更好地理解和处理相关信息。
2. 使用 LangChain 实现对话：
   • 安装 LangChain：在命令行中运行以下命令安装 LangChain 及其与 OpenAI 的集成库：

pip install langchain langchain-openai

• 示例代码：新建一个 Python 文件，例如langchain_hello.py，输入以下代码：

import os
from dotenv import load_dotenv, find_dotenv
_ = load_dotenv(find_dotenv())
from langchain_openai import ChatOpenAI
from langchain.schema import (
    AIMessage,
    HumanMessage,
    SystemMessage
)

# 创建ChatOpenAI实例，默认使用gpt-3.5-turbo模型
llm = ChatOpenAI()
# 定义系统消息，设定AI的角色和行为
messages = [
    SystemMessage(content="你是一个热情友好的助手，总是以Hello World作为开场回应用户。"),
    HumanMessage(content="请给我一些建议")
]
# 调用模型进行对话
response = llm.invoke(messages)
print(response.content)

在这段代码中，我们首先从langchain_openai导入ChatOpenAI，从langchain.schema导入AIMessage、HumanMessage和SystemMessage，用于区分不同类型的消息。通过ChatOpenAI创建一个语言模型实例llm。然后，定义一个包含系统消息和用户消息的列表messages，系统消息设定了 AI 的角色和行为，即总是以 “Hello World” 作为开场回应用户。最后，使用llm.invoke(messages)方法调用模型进行对话，并打印模型的回复。这样，我们就利用 LangChain 框架实现了一个具有特定行为的对话交互，通过系统消息的设定，让 AI 以独特的方式回应 “Hello World”，开启与用户的交流。

五、总结与展望

通过本文的探索，我们领略了不同技术栈实现创意版 “Hello World” 的独特魅力。编程语言的多样化语法和特性，为 “Hello World” 赋予了丰富的表现形式，从 C 语言的艺术字动画输出，到汇编语言对计算机底层的直接操控，每一种实现都展现了编程语言在不同层次上的应用能力。硬件交互编程让 “Hello World” 从虚拟世界走进现实，通过 Arduino 和 STM32 控制 LED 灯闪烁，我们感受到了物理世界与编程世界的奇妙融合，开启了人与硬件设备互动的大门 。AI 模型应用则为 “Hello World” 带来了智能交互的新体验，借助 OpenAI API 和 LangChain 框架，我们能够与 AI 进行有趣的对话交流，让 AI 以独特的方式回应 “Hello World”，这不仅展示了 AI 技术在自然语言处理领域的强大能力，也为未来的智能应用开发提供了广阔的思路。

希望读者们能从这些创意实现中获得启发，积极探索更多不同技术栈下的创意实现方式。编程的世界充满了无限的可能性，每一次新的尝试都可能带来意想不到的惊喜。无论是尝试新的编程语言特性、探索硬件交互的更多玩法，还是挖掘 AI 模型应用的新领域，都能让我们不断拓展编程的边界，激发创新思维。期待大家在编程的道路上不断创新，创造出更多有趣、有价值的 “Hello World”，开启属于自己的创意编程之旅。