Photoshop 1.0 开源-源代码探秘：从 Pascal 到改变世界的工具

2013 年 2 月 13 日 Adobe 开源了 Photoshop 1.0 的源代码，源代码包含了大约 179 个文件，共约 12.8 万行代码。

回看这份代码，整个 Photoshop 1.0 的代码 88% 使用了 Pascal 语言编写，其余 12%则采用汇编语言。

有朋友要问了，

为什么是 Pascal 而不是用 C 或 C++进行开发呢？要知 C 在 1987 年已经很流行了，莫非是因为 PHOTOSHO 的作者 Thomas 不会 C 语言吗？

UNIT UVMemory;
INTERFACE
USES
    {$LOAD MacIntf.LOAD}
    MemTypes, QuickDraw, OSIntf, ToolIntf, PackIntf,
    ...

1984-1985：Object Pascal 的诞生

1984 年，Apple 的 Larry Tesler 与 Pascal 语言发明人Niklaus Wirth合作，将 Clascal 发展成Object Pascal。

第二年，Apple 发布了Object Pascal 编译器。

紧接着，苹果发布使用 Object Pascal 开发的苹果应用开发框架 MacApp 1.0，它提供了文档/视图架构、事件处理、菜单管理，让开发者不需要从零开始写 Mac 应用。

之后 Object Pascal 成为 Macintosh 开发的事实标准。

苹果的画图程序MacPaint，（文字处理程序）MacWrite，（绘图程序）MacDraw, （终端程序）MacTerminal全都采用 Object pascal 编写。

而 Thomas 的 Photoshop 正是为 Mac 系统开发的，理所当然，也使用了苹果的 MacApp 框架进行开发。

从源代码中可以看到 MacApp 的依赖：

USES
    {$LOAD UMacApp.LOAD}
    UObject, UList, UMacApp,

所以，Thomas 没有其它选择，他必须用 Pascal 来开发 Photoshop。

插一句哈，苹果在1991 年 改用 C++全部重写 MacApp 3.0 版本。

1994 年 9 月，Photoshop 3.0 也完全用 C++重写，代码库彻底重构。

“By version 3, they HAD rewritten the application entirely – in a completely different language.”

代码的艺术

虽然 Photoshop 1.0 距今已经过去了 30 多年，但是回过头来看 Thomas 当年写的代码，你仍然会发很多值得一说的东西。

但是因为代码量比较大，photoshop 1.0 超过 12 万行代码，对于 1990 年的软件来说，这已经是非常大的规模。

所以我们不可能一一去说它，在此我们挑三个最值得一看的功能点。

虚拟内存分页系统 – 最具创新性

文件位置： UVMemory.inc1.p 第 211-451 行

第一个就是虚拟内存分页系统，这是一个极其精妙的磁盘分页虚拟内存系统，它让 Photoshop 能在只有 1-8MB 内存的 Mac 上处理超大图像。

它的核心技术特征：

30KB 页面大小 (第 22 行：kVMPageSize = 30720)
LRU (最近最少使用) 缓存淘汰，使用双向链表管理页面 (第 342-389 行)
(第 1307, 1325-1330 行)，允许安全的嵌套访问虚拟内存数据
批量刷新脏页 (第 463 行：kBatchSize = 20)，优化磁盘 I/O

代码示例 (第 1277-1289 行)：

fData := NewLargeHandle (ORD4 (hiPage - loPage + 1) * kVMPageSize);
FOR j := loPage TO hiPage DO
BEGIN
BlockMove (gVMPageInfo^^ [fPageList^^[j]] .fData^,
dstPtr,
kVMPageSize);
dstPtr := Ptr (ORD4 (dstPtr) + kVMPageSize)
END

当需要多个页面时，智能地将它们合并成单个连续缓冲区——这是应对内存碎片的巧妙方案。

双三次插值汇编优化

文件位置： URotate.a 第 63-163 行

采用高度优化的 68k 汇编实现的三次插值算法，用于图像缩放和旋转，这是一个极致优化的算法。

技术手法 (第 63-163 行)：

; 使用分数部分计算加权斜率
SUB.W D2,D0 ; 斜率计算
MULS.W D7,D0 ; 用分数加权
ASR.W #1,D0 ; 快速除以 2
; 对分数进行平方以实现三次插值
MULU.W D6,D6 ; (1-fraction)²
MULU.W D7,D7 ; fraction²
; 计算最终插值值
MULS.W D1,D6 ; 加权斜率 1
MULS.W D2,D7 ; 加权斜率 2
ADD.L D6,D7 ; 合并

精妙之处：

使用 8 位精度的定点数学 (第 76 行：LSR.W #3,D7)
它有首巧妙的累加器管理，最小化内存访问

这个算法模式至今仍用于 GPU 纹理采样！

CMYK 专业分色算法（含 UCR/GCR 处理）

文件位置： USeparation.inc1.p 第 147-394 行

专业印刷色彩分离极其复杂，而 Photoshop 1.0.1 实现了非常先进的分色算法。

(1) 底色去除 (UCR) 算法 (第 147-178 行)：

PROCEDURE SolveUCR (VAR gcrTable: TLookUpTable;
VAR ucrTable: TLookUpTable);
VAR
s: EXTENDED; { 使用浮点数！}
w: EXTENDED;
BEGIN
s := 1.0;
FOR j := 255 DOWNTO 0 DO
BEGIN
k := ORD (gcrTable [j]);
IF k > 0 THEN
BEGIN
w := SQR (k / 255); { 二次加权混合 }
s := (j / k) _ w + s _ (1 - w);
IF s > 1 THEN s := 1
END;
ucrTable [j] := CHR (...)
END
END;

使用二次加权的非线性插值——对于一个绘画程序来说异常精密！

(2) 定点数反正切计算 (第 215-233 行)：

FUNCTION FindHue (r, g, b: INTEGER): INTEGER;
FUNCTION Angle (x, y: INTEGER): INTEGER;
BEGIN
IF y < 0 THEN Angle := -Angle (x, -y)
ELSE IF x < 0 THEN Angle := 2048 - Angle (-x, y)
ELSE IF y > x THEN Angle := 1024 - Angle (y, x)
ELSE IF x = 0 THEN Angle := 0
ELSE Angle := BSL (y, 9) DIV x { 定点数 arctangent }
END;

避免昂贵的三角函数，用定点数近似计算反正切！

3D 种子矩阵插值 (第 400+ 行)：

在 CMYK 色彩空间构建 6×6×6 查找表，使用矩阵求逆实现平滑的颜色变换梯度。

从以上这些代码我们可以看出， Photoshop 从第一天起就是为专业印刷工作设计的，不是简单的图像编辑器。色彩科学真是是货真价实的专业级。

即使以现代标准来看，这些实现仍然令人印象深刻，揭示了 Photoshop 1.0.1 从一开始就是专业级工具，而非业余项目。

1989 年的远程协作

在互联网高达发达的今天，远程协作工作已经变得非常容易，不是什么新鲜事了，但是你有没想象过在 1989 年，如果要进行远程协作，要怎么办吗？

在整个 1989 年：

Thomas 在密歇根的家里编码
John 在加州的 ILM 工作

那他们是如何进行远程协作的呢？

首先当然是电话：他们每周会进行多次长途电话讨论功能
然后 Thomas 把讨论的功能开发出新版本后，写入到软盘中，再邮寄给 John 进行测试
如有必要，John 则会飞到密歇根，或者是 Thomas 飞到加州进行见面沟通

没有互联网。也没有 Git。只有热情和决心。

2013 年 2 月 13 日，公开源代码

2013 年 2 月 13 日 计算机历史博物馆宣布：在 Adobe 的许可下，公开发布 Photoshop 1.0.1 的源代码。

Adobe 在声明中说道（通过博物馆发布）：

With the permission of Adobe Systems Inc., the Computer History Museum is pleased to make available, for non-commercial use, the source code to the 1990 version 1.0.1 of Photoshop.

计算机历史博物馆相关人士说（Grady Booch）：

“Software source code is the literature of computer scientists, and it deserves to be studied and appreciated.”

发布内容包括：

179 个源文件
约 128,000 行代码
很可惜的是：由于 Apple 的授权限制，发布的代码缺少 MacApp 库，无法进行编译

计算机历史博物馆董事，也是 IBM 软件架构师 Grady Booch

“这是我们都能学习的代码。它如此清晰易读，注释反而可能妨碍理解。这就是软件工艺（software craftsmanship）的典范。“

现如今，Photoshop 的源码早就超过千万行。

这一切都源自 Thomas Knoll 在 1989 年打下的坚石基础，支撑了 Photoshop 35 年的发展。

杜比剧院的舞台

2019 年 2 月 24 日，Thomas 和 John Knoll，两位白发的兄弟，站上奥斯卡舞台上，领取了属于他们的科学技术奖。

Photoshop 1.0 源代码探秘：从 Pascal 到改变世界的工具

颁奖词：

“表彰 Thomas 和 John Knoll 对 Adobe Photoshop 的原始架构、设计和开发。Photoshop 在电影制作中的作用是巨大的，使艺术家能够以前所未有的方式创作和操作图像。”

台下的电影人起立鼓掌。

从工业光魔到好莱坞

这个奖项特别适合 John Knoll。

他从未离开 ILM。从 1986 年的夜班摄像机操作员，到首席创意官。

John 参与的电影（部分）：

《星球大战》前传三部曲
《星球大战》续集三部曲
《侏罗纪公园》
《加勒比海盗》系列
《阿凡达》
《侠盗一号》

而这一切作品，都用到了 Photoshop。

Thomas 的持续贡献

Thomas 也从未停止。

在 Adobe 工作多年后，他开发了Camera Raw，一款数码摄影界的关键工具。

Camera Raw 让专业摄影师能够处理 RAW 格式的数码照片，保留最大的图像质量和调整空间。

这是他 1987 年 Display 程序的延续：让不可能变为可能。

最后淡入，淡出：

这不只是技术史，而是关于梦想、执着、完美主义，以及两兄弟如何用代码改变世界的人类故事

_”I really disliked writing papers, so I wrote code instead.”_

— Thomas Knoll, 1987

_”We had no idea we were adding a word to the dictionary.”_

— John Knoll, reflecting on Photoshop’s name

这是 Photoshop 的故事。

这是代码改变世界的故事。

这是你也能创造历史的证明。