蒙娜丽莎的微笑，迷人而神秘，直到今天还有人在破解其中之谜。只是破解这个谜谈何容易，要知道制造这个谜的人，曾经自己就破解了许多自然科学之谜。他就是达·芬奇。近日，达·芬奇发明的自行车来到北京，一个科学天才与他当年的设想再次让我们仰望了一下。

　　事实上，达·芬奇在天马行空中，一直将奇思妙想写在手稿上，直到去世也没有发表。然而，“科学家达·芬奇”的称号对达·芬奇来说是当之无愧的，有人甚至评价为世界十大科学家之首。

　　达·芬奇科学成就：

　● 天文学

　　达·芬奇对传统的“地球中心说”持否定的观点。他认为地球不是太阳系的中心，更不是宇宙的中心，而只是 一颗绕太阳运转的行星，太阳本身是不运动的。达·芬奇还认为月亮自身并不发光，它只是反射太阳的光辉。他的这些观点的提出早于哥白尼“太阳中心说”。甚至 在当时，达·芬奇就幻想利用太阳能了。

　　● 物理学

　　达·芬奇重新发现了液体压力的概念，提出了连通器原理。他指出：在连通器内，同一液体的液面高度是相同 的，不同液体的液面高度不同，液体的高度与密度成反比。他发现了惯性原理，后来为伽利略的实验所证明。他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升，在引力和 冲力的混合作用下作曲线位移，最后冲力耗尽，在引力的作用下作垂直下落运动。他的这一发现使亚里士多德的落体学说产生了动摇。他发展了杠杆原理，除推导出 作用力与臂长关系外，还算出了速度与臂长的关系。他指出了“永动机”作为能源的不可能性。

 　　● 建筑

　　在建筑方面，达·芬奇表现出卓越的才华。他设计过桥梁、教堂、圆屋顶建筑和城市下水道。在城市街道设计中，他将车马道和人行道分开；设计城市建筑时，具体规定了房屋的高度和街道的宽度。米兰的护城河就是他设计和建造的。

　　● 水利工程

　　达·芬奇对水利学的研究比意大利的学者克斯铁列早一个世纪。为了排除泥沙，他作了疏通亚诺河的施工计划。他设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程。由他经手建造的一些水库、水闸、拦水坝便利了农田灌溉，推动了农业生产的发展。有些水利设施至今仍在发挥作用。

　　● 军事和机械

　　发明了飞行机械、直升机、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、潜水艇、双层船、壳战舰、起重机等等。

　　● 地质学

　　达·芬奇根据高山上有海中动物化石的事实推断出地壳有过变动，指出地球上洪水的痕迹是海陆变迁的证明，这个思想与300年后赫顿在地质学方面的发现颇为近似。并且在麦哲伦环球航行之前，他就计算出地球的直径为7000余英里。

　　他是直升机之祖

　　这位文艺复兴时期的天才早在莱特兄弟之前就有可能开创人类飞行的历史。

　　“如果他当初发表了他的著作的话，科学一定会一下就跳到一百年以后的局面。猜测这种情况对人类的学术与社会的进步，当然是毫无用处的，但是我们 可以万无一失地说，如果真有这种情况发生的话，人类的学术和社会的演变一定都会大不相同，”科学史家丹皮尔津津乐道的这位科学巨人正是达·芬奇。

　　事实上，达·芬奇时代的人们也与前人一样，有着飞行的梦想。在佛罗伦萨呆了一段时间后， 达·芬奇又来到米兰。1483至1486年期间，达·芬奇绘制了一幅飞行器草图。

　　在达·芬奇的设想中，这是一种依靠飞行员自身提供动力来驱动的飞行器。这位天才称自己的设计为“扑翼飞机”，达·芬奇让自己的飞机同时具备了推动力和提升力。

　　让我们姑且根据达·芬奇画的草图来还原出这架飞机。飞机的外形由木头、帆布等当时的材料制成，在飞行器两侧是一双膜状的翅膀，结构和形状酷似蝙 蝠或翼龙，这双翅膀展翼可以达到11米。飞行员背负着这个巨大的飞行器，通过不停地踩动一个动力滑轮来驱动，而这个推动力又通过手摇曲轴得到放大，同时向 提升装置提供动力。

　　设计出这款飞机时，达·芬奇心中一直有个理念：只要力量足够就可以飞行。看来，这位文艺复兴时期的天才早在莱特兄弟之前就有可能开创人类飞行的 历史。事实上，这个最早的飞行器的机械设计十分完美，但是，由于人自身所提供的动力和飞行器本身的自重相比不成比例，是无法实际应用的。事实上，达·芬奇 称自己的发明也是提供一个直升动力，而不是真正能工作的飞机。直到今天，人们还将达·芬奇的设计视为直升机的先祖。

　　他设计出初级机器人

　　更为奇妙的是，达·芬奇还设计了一套方法以做心脏修复手术。

　　达·芬奇曾自称自己没有受过书本教育，大自然才是他真正的老师。而认识自然，认识自己。这位文艺复兴时期的天才不遗余力地履行着。为了认识人类自身，达·芬奇亲自解剖了几十具尸体，对人体骨骼、肌肉、关节以及内脏器官进行了精确了解和绘制。

　　在多次解剖后，达·芬奇发现了血液对人体所起到的新陈代谢作用，血液把营养带到身体的各个部分，又把废物从各部分带走。在具体的解剖观察中，达·芬奇发现了心脏由4个腔组成并画出了心脏瓣膜图。

　　事实上，当年达·芬奇连人体循环系统工作机理的一点概念都没有。更为神奇的是，2005年，一名英国外科医生还利用达·芬奇设计的方法做心脏修复手术。不过，解剖学的研究在当时并没有给达·芬奇带来声誉，而是遭到了无数的诽谤。

　　不过，就是对人体的这种深入了解，达·芬奇在手稿中甚至绘制了西方文明世界的第一款人形机器人。

　　达·芬奇赋予了这个机器人以木头、皮革和金属的外壳。而如何让机器人动起来，才是让达·芬奇大伤脑筋的。在达·芬奇的构想中，他想到了用下部的齿轮作为驱动装置。由此通过两个机械杆的齿轮再与胸部的一个圆盘齿轮咬合，机器人的胳膊就可以挥舞，坐或者站立。更绝的是，再通过一个传动杆与头部相连，头部就可以转动甚至可以开合下颌。而一旦配备了自动鼓装置后，这个机器人甚至还可以发出声音。

　　原来，500多年前，就已经有了机器人的雏形。

　　他本可让文明提前一百年

　　点燃现代汽车发明灵感之火的正是这辆“达·芬奇汽车”。

　　最酷的事实是达·芬奇长达7000多页的手稿(现存约5000多页)至今仍在影响科学研究，他就是一位现代世界的预言家，而他的手稿页被称为一部15世纪科学技术的真正百科全书。

　　很早，达·芬奇就对当时的四轮马车不满。在他的科学世界中，早就有了汽车的影子。事实上，点燃现代汽车发明灵感之火的正是这辆“达·芬奇汽车”。

　　既然是汽车就要考虑动力问题，达·芬奇在汽车中部安装了两根弹簧以解决这个问题。人力转动车的后轮使得各个齿轮相互咬合，弹簧绷紧就产生了力，再通过杠杆作用将力传递到轮子上。

　　那么怎么控制车速呢？达·芬奇也想到了。他在车身上安装了一个圆盘装置，圆盘表面设置了很多方形的木块，和每个轮子连接的铁杆另一端与圆盘相 接，这就是用于控制车速的装置。圆盘扇放置的木块数量越多，与铁杆之间的摩擦就会越大，阻力也越大，轮子的运转速度越慢，行驶的距离越长。

　　当然，达·芬奇也想到了刹车装置。位于齿轮之间有一个木块，拉动绳索将木块卡在齿轮之间，车就可以停止。不过，这辆汽车不能载人，因为仅靠弹簧的动力根本无法行驶很长的距离。

　　同时，达·芬奇还将弹簧巧妙地运用在了钟表设计上。后来大型钟表采用的原理，就是出自达·芬奇的设想。只是在这个设想中，弹簧的弹力被物体的重力所代替，物体向下的重力通过众多齿轮咬合作用被均匀传递，钟表便得以保持匀速运动。

　　此外，挖河机、潜水机、起重机、照相机、加热机、温度计……达·芬奇曾有过无数的发明设计。而这些发明足足可以让我们的世界科学文明进程提前100年。

　　编译/本报记者 李健亚

　　对机械世界痴迷不已

　　水下呼吸装置、发条传动装置，滚珠装置、反向螺旋、纺织物扩张器……

　　水下呼吸装置、拉动装置,发条传动装置、滚珠装置、反向螺旋、差动螺旋、纺织物扩张器……达·芬奇将他无数的奇思妙想呈现在世人面前。故事的开头不得不说起达·芬奇初到佛罗伦萨学画的经历。事实上，这段经历开启了艺术家达·芬奇的大门，也开启了科学家达·芬奇的大门。

　　1460年，达·芬奇随父亲来到佛罗伦萨，开始了他的学徒生涯，同时开始学画。学画的达·芬奇参与安装佛罗伦萨圣母玛丽亚大教堂穹顶灯塔上巨型铜球，由此接触并感受到了各式各样机械系统的神奇。

　　佛罗伦萨圣母玛丽亚大教堂是文艺复兴建筑的开端。达·芬奇在安装穹顶灯塔上巨型铜球时，亲眼目睹了三速提升机等机械装置的效率，深感其中的神 奇。由此，布鲁内莱斯基的机械系统设计理念对达·芬奇产生了很大影响。当时一批“锡耶纳工程师”对达·芬奇的科学世界也产生了重要影响。

　　而锡耶纳的工程师们设计的一种外形像船的河道淤泥挖掘机，用来清除浅水狂口的沙砾和淤泥，还有一种能够提高装载量又加快行驶速度的桨叶船，这些锡耶纳工程师的发明，让达·芬奇对机械的魔力产生了巨大的兴趣。

　　从此，达·芬奇对机械世界痴迷不已

关于Debug和Release之本质区别
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本文主要包含如下内容：
1. Debug 和 Release 编译方式的本质区别
2. 哪些情况下 Release 版会出错
2. 怎样“调试” Release 版的程序
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            关于Debug和Release之本质区别的讨论

一、Debug 和 Release 编译方式的本质区别

    Debug 通常称为调试版本，它包含调试信息，并且不作任何优化，便于程序员调试程序。Release 称为发布版本，它往往是进行了各种优化，使得程序在代码大小和运行速度上都是最优的，以便用户很好地使用。
    Debug 和 Release 的真正秘密，在于一组编译选项。下面列出了分别针对二者的选项（当然除此之外还有其他一些，如/Fd /Fo，但区别并不重要，通常他们也不会引起 Release 版错误，在此不讨论）
   
Debug 版本：
 /MDd /MLd 或 /MTd   使用 Debug runtime library(调试版本的运行时刻函数库)
 /Od                 关闭优化开关
 /D "_DEBUG"         相当于 #define _DEBUG,打开编译调试代码开关(主要针对
                     assert函数)
 /ZI                 创建 Edit and continue(编辑继续)数据库，这样在调试过
                     程中如果修改了源代码不需重新编译
 /GZ                 可以帮助捕获内存错误
 /Gm                 打开最小化重链接开关，减少链接时间
                    
Release 版本：      
 /MD /ML 或 /MT      使用发布版本的运行时刻函数库
 /O1 或 /O2          优化开关，使程序最小或最快
 /D "NDEBUG"         关闭条件编译调试代码开关(即不编译assert函数)
 /GF                 合并重复的字符串，并将字符串常量放到只读内存，防止
                     被修改

    实际上，Debug 和 Release 并没有本质的界限，他们只是一组编译选项的集合，编译器只是按照预定的选项行动。事实上，我们甚至可以修改这些选项，从而得到优化过的调试版本或是带跟踪语句的发布版本。
   
二、哪些情况下 Release 版会出错

    有了上面的介绍，我们再来逐个对照这些选项看看 Release 版错误是怎样产生的
   
 1. Runtime Library：链接哪种运行时刻函数库通常只对程序的性能产生影响。调试版本的 Runtime Library 包含了调试信息，并采用了一些保护机制以帮助发现错误，因此性能不如发布版本。编译器提供的 Runtime Library 通常很稳定，不会造成 Release 版错误；倒是由于 Debug 的 Runtime Library 加强了对错误的检测，如堆内存分配，有时会出现 Debug 有错但 Release 正常的现象。应当指出的是，如果 Debug 有错，即使 Release 正常，程序肯定是有 Bug 的，只不过可能是 Release 版的某次运行没有表现出来而已。
 
 2. 优化：这是造成错误的主要原因，因为关闭优化时源程序基本上是直接翻译的，而打开优化后编译器会作出一系列假设。这类错误主要有以下几种：
 
    (1) 帧指针(Frame Pointer)省略（简称 FPO ）：在函数调用过程中，所有调用信息（返回地址、参数）以及自动变量都是放在栈中的。若函数的声明与实现不同（参数、返回值、调用方式），就会产生错误————但 Debug 方式下，栈的访问通过 EBP 寄存器保存的地址实现，如果没有发生数组越界之类的错误（或是越界“不多”），函数通常能正常执行；Release 方式下，优化会省略 EBP 栈基址指针，这样通过一个全局指针访问栈就会造成返回地址错误是程序崩溃。C++ 的强类型特性能检查出大多数这样的错误，但如果用了强制类型转换，就不行了。你可以在 Release 版本中强制加入 /Oy- 编译选项来关掉帧指针省略，以确定是否此类错误。此类错误通常有：
    
     ● MFC 消息响应函数书写错误。正确的应为
      afx_msg LRESULT OnMessageOwn(WPARAM wparam, LPARAM lparam);
      ON_MESSAGE 宏包含强制类型转换。防止这种错误的方法之一是重定义 ON_MESSAGE 宏，把下列代码加到 stdafx.h 中（在#include "afxwin.h"之后）,函数原形错误时编译会报错
      #undef ON_MESSAGE
      #define ON_MESSAGE(message, memberFxn) \
      { message, 0, 0, 0, AfxSig_lwl, \
      (AFX_PMSG)(AFX_PMSGW)(static_cast< LRESULT (AFX_MSG_CALL \
      CWnd::*)(WPARAM, LPARAM) > (&memberFxn) },
     
    (2) volatile 型变量：volatile 告诉编译器该变量可能被程序之外的未知方式修改（如系统、其他进程和线程）。优化程序为了使程序性能提高，常把一些变量放在寄存器中（类似于 register 关键字），而其他进程只能对该变量所在的内存进行修改，而寄存器中的值没变。如果你的程序是多线程的，或者你发现某个变量的值与预期的不符而你确信已正确的设置了，则很可能遇到这样的问题。这种错误有时会表现为程序在最快优化出错而最小优化正常。把你认为可疑的变量加上 volatile 试试。
   
    (3) 变量优化：优化程序会根据变量的使用情况优化变量。例如，函数中有一个未被使用的变量，在 Debug 版中它有可能掩盖一个数组越界，而在 Release 版中，这个变量很可能被优化调，此时数组越界会破坏栈中有用的数据。当然，实际的情况会比这复杂得多。与此有关的错误有：
     ● 非法访问，包括数组越界、指针错误等。例如
         void fn(void)
         {
           int i;
           i = 1;
           int a[4];
           {
             int j;
             j = 1;
           }
           a[-1] = 1;//当然错误不会这么明显，例如下标是变量
           a[4] = 1;
         }
       j 虽然在数组越界时已出了作用域，但其空间并未收回，因而 i 和 j 就会掩盖越界。而 Release 版由于 i、j 并未其很大作用可能会被优化掉，从而使栈被破坏。

3. _DEBUG 与 NDEBUG ：当定义了 _DEBUG 时，assert() 函数会被编译，而 NDEBUG 时不被编译。除此之外，VC++中还有一系列断言宏。这包括：

    ANSI C 断言         void assert(int expression );
    C Runtime Lib 断言  _ASSERT( booleanExpression );
                        _ASSERTE( booleanExpression );
    MFC 断言            ASSERT( booleanExpression );
                        VERIFY( booleanExpression );
                        ASSERT_VALID( pObject );
                        ASSERT_KINDOF( classname, pobject );
    ATL 断言            ATLASSERT( booleanExpression );
    此外，TRACE() 宏的编译也受 _DEBUG 控制。

所有这些断言都只在 Debug版中才被编译，而在 Release 版中被忽略。唯一的例外是 VERIFY() 。事实上，这些宏都是调用了 assert() 函数，只不过附加了一些与库有关的调试代码。如果你在这些宏中加入了任何程序代码，而不只是布尔表达式（例如赋值、能改变变量值的函数调用 等），那么 Release 版都不会执行这些操作，从而造成错误。初学者很容易犯这类错误，查找的方法也很简单，因为这些宏都已在上面列出，只要利用 VC++ 的 Find in Files 功能在工程所有文件中找到用这些宏的地方再一一检查即可。另外，有些高手可能还会加入 #ifdef _DEBUG 之类的条件编译，也要注意一下。
    顺便值得一提的是 VERIFY() 宏，这个宏允许你将程序代码放在布尔表达式里。这个宏通常用来检查 Windows API 的返回值。有些人可能为这个原因而滥用 VERIFY() ，事实上这是危险的，因为 VERIFY() 违反了断言的思想，不能使程序代码和调试代码完全分离，最终可能会带来很多麻烦。因此，专家们建议尽量少用这个宏。

4. /GZ 选项：这个选项会做以下这些事

    (1) 初始化内存和变量。包括用 0xCC 初始化所有自动变量，0xCD ( Cleared Data ) 初始化堆中分配的内存（即动态分配的内存，例如 new ），0xDD ( Dead Data ) 填充已被释放的堆内存（例如 delete ），0xFD( deFencde Data ) 初始化受保护的内存（debug 版在动态分配内存的前后加入保护内存以防止越界访问），其中括号中的词是微软建议的助记词。这样做的好处是这些值都很大，作为指针是不可能的（而且 32 位系统中指针很少是奇数值，在有些系统中奇数的指针会产生运行时错误），作为数值也很少遇到，而且这些值也很容易辨认，因此这很有利于在 Debug 版中发现 Release 版才会遇到的错误。要特别注意的是，很多人认为编译器会用 0 来初始化变量，这是错误的（而且这样很不利于查找错误）。
    (2) 通过函数指针调用函数时，会通过检查栈指针验证函数调用的匹配性。（防止原形不匹配）
    (3) 函数返回前检查栈指针，确认未被修改。（防止越界访问和原形不匹配，与第二项合在一起可大致模拟帧指针省略 FPO ）
   
    通常 /GZ 选项会造成 Debug 版出错而 Release 版正常的现象，因为 Release 版中未初始化的变量是随机的，这有可能使指针指向一个有效地址而掩盖了非法访问。
   
除此之外，/Gm /GF 等选项造成错误的情况比较少，而且他们的效果显而易见，比较容易发现。

三、怎样“调试” Release 版的程序

    遇到 Debug 成功但 Release 失败，显然是一件很沮丧的事，而且往往无从下手。如果你看了以上的分析，结合错误的具体表现，很快找出了错误，固然很好。但如果一时找不出，以下给出了一些在这种情况下的策略。
   
    1. 前面已经提过，Debug 和 Release 只是一组编译选项的差别，实际上并没有什么定义能区分二者。我们可以修改 Release 版的编译选项来缩小错误范围。如上所述，可以把 Release 的选项逐个改为与之相对的 Debug 选项，如 /MD 改为 /MDd、/O1 改为 /Od，或运行时间优化改为程序大小优化。注意，一次只改一个选项，看改哪个选项时错误消失，再对应该选项相关的错误，针对性地查找。这些选项在 Project\Settings... 中都可以直接通过列表选取，通常不要手动修改。由于以上的分析已相当全面，这个方法是最有效的。

    2. 在编程过程中就要时常注意测试 Release 版本，以免最后代码太多，时间又很紧。
   
    3. 在 Debug 版中使用 /W4 警告级别，这样可以从编译器获得最大限度的错误信息，比如 if( i =0 )就会引起 /W4 警告。不要忽略这些警告，通常这是你程序中的 Bug 引起的。但有时 /W4 会带来很多冗余信息，如 未使用的函数参数 警告，而很多消息处理函数都会忽略某些参数。我们可以用
      #progma warning(disable: 4702) //禁止
      //...
      #progma warning(default: 4702) //重新允许
来暂时禁止某个警告，或使用
      #progma warning(push, 3) //设置警告级别为 /W3
      //...
      #progma warning(pop) //重设为 /W4
来暂时改变警告级别，有时你可以只在认为可疑的那一部分代码使用 /W4。

    4.你也可以像 Debug 一样调试你的 Release 版，只要加入调试符号。在 Project/Settings... 中，选中 Settings for "Win32 Release"，选中 C/C++ 标签，Category 选 General，Debug Info 选 Program Database。再在 Link 标签 Project options  最后加上 "/OPT:REF" (引号不要输)。这样调试器就能使用 pdb 文件中的调试符号。但调试时你会发现断点很难设置，变量也很难找到——这些都被优化过了。不过令人庆幸的是，Call Stack 窗口仍然工作正常，即使帧指针被优化，栈信息（特别是返回地址）仍然能找到。这对定位错误很有帮助。