C++探索之旅 | 第一部分第三课：你的第一个C++程序

作者 谢恩铭，公众号「程序员联盟」（微信号：coderhub）。
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《C++探索之旅》全系列

内容简介

  1. 前言
  2. 命令行的奇幻世界
  3. 创建第一个项目
  4. 解释第一个项目
  5. 注释及代码整洁之道
  6. 总结
  7. 第一部分第四课预告

1. 前言

上一课是 C++探索之旅 | 第一部分第二课：C++编程的必要软件 。

经过上两课之后，我们已经知道了什么是编程，编程的语言，编程的必要软件，C++ 是什么。

我们也安装了适合自己的 IDE（Integrated Development Environment，就是“集成开发环境”的意思）。

除了使用 IDE 之外（IDE 集成了文本编辑器，编译器，调试器，运行程序，等），也可以选择另一种难一些的方式：自己用某一种文本编辑器来编写 C++ 代码，用 g++（GNU 项目的 C++ 的编译器）来编译程序，然后用命令行来运行程序。

推荐几个不错的文本编辑器：Vim，Emacs，Sublime Text，Atom，VS Code（现在 VS Code 非常火，通过安装各种插件可以成为 IDE），等。

以上几个文本编辑器，我都用过。Sublime 只用了一会，Vim 和 Emacs 用得比较多，Atom 也不错，微软出的 VS Code 也挺好的。

我以前写了一篇专门介绍 Emacs 的文章， Emacs，最强编辑器，没有之一 。当然，这个标题有点夸张了，哈哈。其实我现在工作中还是用 Vim 比较多。

这一课我们就来介绍命令行程序，用 IDE 或 文本编辑器编写第一个 C++ 程序，以及讲解 C++ 程序的基本原理吧。

2. 命令行的奇幻世界

这个标题是不是有点玄乎：命令行还有奇幻可言？什么是命令行？

我们会一一解释。

也许说起编写第一个程序，大家会很激动，期待干一番大事业。

但是，遗憾的是，我们这一课可不会带大家开始编写《星际争霸》这样的游戏（当然我的实力也远远够不上... 那需要一个专业团队耗费很多年才能完成），也不会来写一个浏览器，或者视频播放器，等等。

我们会“慢条斯理”地前进，因为我们要做到的是“踏实”，因为即使是编写《星际争霸》的暴雪团队中的编程精英，也是从最基础的编程知识学起的。

首先，我们来说一说什么是命令行程序。

我们需要知道，有两种类型的程序：命令行程序 和 图形界面程序。

图形界面程序

简单来说，图形界面程序就是“显示窗口的程序”。

有过 Windows 使用经验的朋友肯定对这样的程序不陌生，因为就连微软的 Windows 操作系统的 "Windows"（window 是英语“窗、窗户”的意思，windows 是 window 的复数）这个英语单词的意思就是“视窗”，Windows 操作系统其实应该翻成“视窗操作系统”。

所以我们平时也就是在操作形形色色的“窗口”，比如 Chrome 浏览器，火狐浏览器，QQ，微信，迅雷，视频播放器，等等。想一想，是不是这些程序都有一个“窗口”作为最外边的框架？我们可以打开窗口，关闭窗口，调节窗口大小，操作窗口内部的按钮，等等。

这样的程序，专业术语叫做 GUI 程序。GUI 是 Graphic User Interface 的首字母缩略词，表示“图形用户界面”。

例如下图中，我们可以看到我们所熟知的 Office Word 软件：

命令行程序

注意：真正的命令行界面应该是完全没有图形的，就是一个只能输入命令，而且通常是黑色背景，白色字体的“大黑洞”。
我们以下举例的时候所说的命令行程序，其实大多是在图形界面内创建一个窗口，此窗口内就像是命令行界面的屏幕一样，通常称为“终端”（Terminal）。

在 Unix 或者 Linux 系统下（可以看我的另一个系列教程 Linux探索之旅 ），命令行程序相对 Windows 和 macOS 来说用得更多一些。

Windows 里面也有命令行程序，就是大家可能使用过的 cmd.exe 程序（在 Windows 下按 【Windows 键（键盘左下角有微软图标的按键）+ 字母键 R 】， 然后输入 cmd，回车，就可以调出），它其实是微软 的 Windows 系统基于 Windows 上的命令解释程序，类似于微软的 DOS 操作系统。如下图：

Windows 下 cmd 程序

macOS 里也有 Unix 范式的命令行解释器：

macOS 下终端

看了 Windows 和 macOS 下的命令行程序，再来看一下我们 Linux（用 Ubuntu 这个 Linux 发行版来做例子）的命令行程序：

Linux 下终端

虽说终端或者命令行界面看起来比图形界面“难看”，大家会说“土啊”... 毕竟这年头，大家都喜欢“高颜值”的图形界面程序么。

但是不可讳言，命令行程序是有其独到的优势的。如果命令行没点绝活，哪能受到我们程序员的青睐。

命令行有如下优势：

  1. 可实现图形界面不具有的功能：Linux 的很多程序是面向命令行的，没有图形前端，只能用命令行使用。

  2. 可使用超级用户权限：一些需要超级用户权限的操作只能在命令行下运行。

  3. 高效快速：可借助正则表达式实现批量处理，还能向程序发送参数。

  4. 安全性高：可减少因错误操作或者权限问题导致的风险。

很多程序员要的就是这个 feel，倍儿爽~

命令行程序中，我们只能使用键盘输入命令，鼠标一般是没什么作为的。文字信息是按从上到下，从左到右的顺序显示。

我们的首期目标：命令行程序

我们将从命令行程序开始，一点点学习 C++ 的各样知识点。

我知道，虽然扫了在座各位的兴致，命令行界面颜值不够高，但是相对图形界面却更容易创建，特别对于初学编程的朋友来说。

当然了，之后的课程我们可以在学习完了 C++ 的基本知识点后，用 Qt 这个 C++ 库来编写图形界面的程序，会有很多好玩的程序等待我们去实现。

这就好比，如果中共没有经过农村包围城市，从基层（命令行程序）做起的话，又怎么能有后来恢宏的开国大典（图形界面程序）上毛主席的慷慨陈词呢？

不过大家也不要怕，我们并不需要经过艰苦卓绝的“八年抗战”才能够资格编写图形界面的程序。

好了，说了这么多“废话”，我们可以正式开始 C++ 编程了。

3. 创建第一个项目

在上一课中，我们介绍了几个主流 的 C/C++ 编程 IDE ：CLion，CodeBlocks，Visual Studio，Xcode，Eclipse，VS Code（虽然是代码编辑器，但是可以通过安装插件成为轻量级的 IDE）。

上一课里我们演示了如何用 CodeBlocks 和 Xcode 创建一个 C++ 项目，没有演示如何用 VS 创建 C++ 项目，那么这一课就来演示如何在 Visual Studio 中创建第一个 C++ 项目，并编译运行。

之后再演示不使用 IDE，而纯使用 g++ 命令（对于 Linux 下的用户来说，最好使用这个方式，比用 IDE 可以学到更多东西）来编译，并用命令行来运行。

Visual Studio 创建 C++ 项目

我是用 Visual Studio 2012 来演示。其他版本的 VS，可能菜单的命名或某些选项窗口会不一样，但基本操作应该是类似的。

首先，新建一个项目，有两种方法，你可以在初始打开 VS 时，点击如下图中的“新建项目”：

或者（比较提倡这种方法，因为不一定每次创建新项目都是刚打开 VS 时）选择 “文件 -> 新建 -> 项目” ：

用以上两种方式，都可以调出以下窗口：

选择默认的 Visual C++ 的 Win32 控制台程序就好了，项目名字可以不改，不过我这里改成了 HelloWorld。点击“确定”，可以看到下图：

点击“下一步”，出现下图：

不需要修改，默认配置就好，点击“完成”。我们的项目就创建好了：

可以看到我们的主要的文件：HelloWorld.cpp。

Windows 生成的 main 函数名字和一般的不太一样，叫 _tmain。反正和我们平时的 main 函数是类似的。

我们添加我们需要的代码，之后完整的代码是这样：

// HelloWorld.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    // 在屏幕上显示"Hello World!"
    cout<<"Hello World!"<<endl;
    return 0;
}

至此，我们的主要程序就写好了。我们来编译运行吧。

首先，编译代码。点击 生成->生成解决方案 （也可以按快捷键 F7）：

稍等片刻，VS 的下方会显示：

显示“生成：成功”，则表示我们的程序编译成功了。

接下来运行程序，点击 调试 -> 开始执行（不调试）（也可以按 Ctrl + F5）：

程序运行的结果是输出“Hello World!”，如下图：

通过简单的几个步骤、短短的几行代码，就创建了我们的第一个 C++ 程序，并实现了“Hello World! ”输出。用 C++ 编程就这么简单！

命令行创建 C++ 项目

看过了用 IDE 来创建 C++ 程序的实例，我们来学习一下对于初学者，特别是没接触过 Linux（一个操作系统，现在主流的操作系统有 Windows，macOS 和 Linux）命令行的朋友来说比较复杂的方式。如果你完全没有 Linux 或 Unix 基础，可以跳过此节，就用 IDE 也行。当然你也可以通过搜索一些知识来完成这一节。

首先，把之前的主要程序用文本编辑器（随便你用那个文本编辑器，Nano，Gedit，Vim，Emacs，Sublime Text，Atom，VS Code，等）编写，然后保存为 HelloWorld.cpp 这个文件。

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
   cout << "Hello world!" << endl;
   return 0;
}

然后，我们在 Linux 系统下启动终端（Terminal），一般可以在“应用->附件->终端”，点击启动。

或者像 Ubuntu 这样的 Linux 发行版，可以同时按 Ctrl + Alt + T 这三个键来快捷启动终端，终端是长这个样子的：

下面演示的命令，是在 Ubuntu 系统下执行的：

  1. 安装 g++ 编译器（用于编译 C++ 程序）：
sudo apt-get install g++

安装 g++ 编译器

  1. 进入 HelloWorld.cpp 这个文件所在的目录：
cd "HelloWorld.cpp 这个文件所在的路径"

我的 HelloWorld.cpp 文件就存放在家目录下，所以直接用 cd ~ 或 cd 命令就可以。

  1. 编译程序：
g++ HelloWorld.cpp -o HelloWorld

上面的 -o 参数里的 o 是 output（英语“输出”的意思）的缩写，就是说“用 g++ 编译 HelloWorld.cpp 这个 C++ 文件，生成的可执行程序名字是 HelloWorld”。

  1. 运行程序：
./HelloWorld

编译并运行第一个C++程序

如果你在第 3 步编译的时候不用 -o 参数来指定生成的可执行程序名字，g++ 会为你设置一个默认的名字，可能会叫 a.out。如下图所示：

不用 -o 参数生成 a.out 可执行程序

4. 解释第一个项目

虽然我们创建了一个项目，但是这个项目很简单，只有一个主要文件，就是 HelloWorld.cpp，它的主要内容如下：

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}

对于第一次接触编程的朋友，可能这个最基础的代码也是难以理解。

所以我们才要一起来学习如何阅读这段代码。

先从第一行开始吧：

#include <iostream>

这一行很特别，我们会在源代码开头的地方见到这样的以 # 号开头的语句。像这样特别的行，称为“预编译指令”。

这个术语听起来有点复杂。预编译指令会在编译开始的时候，被一种叫做“预编译器”的程序所读取。

其实编译器为我们做很多事情，之后的课程会详细来说明。

但是这一行到底是什么意思呢？

这里的 # 号是预编译指令开始的标志，没有什么特别的含义，后面接着的 include 是英语“包含”的意思，所以这句话的意思就是在我们的程序里包含 iostream 这个文件，这个文件在 C++ 的系统的库里已经存在了，这些文件被称为库文件。

iostream 是英语 Input Output Stream（输入输出流）的简称。通常，电脑的输入流是键盘和鼠标，输出流是屏幕。

所以 iostream 这个标准库头文件里面就定义了操作输入输出流相关的所有函数等。

之后的课程，当我们要编写图形界面程序时，我们会使用 Qt 这个 C++ 的第三方库。而我们会在程序里引入 Qt 这个头文件的内容，如下：

#include <Qt>

当然了，我们每次可以 include 好多个头文件。

命名空间：namespace

接着我们看到第二句话：

using namespace std;

这又是什么呢？

我们来介绍一下命名空间（namespace）的概念：

命名空间告诉编译器去哪里找我们所调用的东西。

听着有点晕？命名空间有什么用呢？

例如，你用 #include 语句引入了好多个库，而这些库里有的函数是重名的。假设在 iostream 库中我们定义了 DoSomething 这个函数，而在 Qt 这个第三方库中也定义了相同名字的函数，也叫 DoSomething。那编译器就不知道用哪个库里面所定义的 DoSomething 函数了。

using 是英语“使用”的意思，所以这句话的意思就是“使用 std 命名空间的东西”。

std 这个命名空间是很常用的，因为它指明了“标准命名空间”（std 是 standard 的缩写，表示“标准”）。我们的 iostream 就是属于 std 命名空间的。

接着，我们看到了下面的语句：

int main() {
    cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}

以上我们所看到的语句块，被称为函数（function）。其实 C++ 语言的程序基本就是由函数来构成的。目前我们的程序只有一个函数。

我们现在还不会讲很多函数的细节，因为那是以后【函数】那一课的内容，现在还早。但是我们会大体说一下函数的组成。

第一行包含了函数的名字，是第二个单词：main。main 表示“主要的”，所以这里的函数被称为 main 函数，也就是主函数。main 函数是一个特殊的函数，C++ 的程序执行总是从 main 函数开始。

一个函数有开始和结束，使用大括号 {} 来标识。所以我们的 main 函数包含以下两行代码

cout << "Hello World!" << endl;
return 0;

这些在函数里的行也有名字，被称为“指令”（instruction）。每一条指令都会让电脑做特定的事情。一个函数大体来说是用来集中一定数目的指令。比如我们可以创建一个函数叫做“打开文件”，这个函数会让电脑为你打开某个文件。

函数的优势就是当你写好了这个函数之后，你只需要使用（专业术语叫做 “调用”）“打开文件”这个函数，电脑就会为你执行函数里面的指令。你不需要每次在要实现“打开文件”功能的地方都重复写那些指令。

函数可以大大节约代码空间，增加利用率，提高效率。

这一行指令

cout << "Hello World!" << endl;

使得屏幕显示 Hello World! 这一句话。

它由三部分组成：

  1. cout ：在标准输出（此处是屏幕）上显示信息。
  2. "Hello World!" ：要显示的内容。
  3. endl ：表示换行。

当你的程序执行到这一行时，就在屏幕上显示相应的信息，然后换行。

cout 类似 C 语言的 printf 函数，是 C++ 里面负责标准输出的。不过又有不同，我们可以看到 cout 后面不是加括号，而是连接了 << 这个特殊的符号。

暂时我们不深入，因为 cout 其实不是一个函数，cout 是一个 ostream 类的对象（关于类和对象，我们之后的课程会讲解），它有一个成员运算符函数 operator<< （涉及到 C++ 的运算符重载的技术，以后的课程会讲）。（这一句指令暂时不需要理解，只需要知道这句话的作用）。

cout 的定义是在 iostream 库的 std 命名空间中，现在你知道

#include <stdio.h>

using namespace std;

这两句话的重要性了吧？如果没有引入 iostream 这个库并且不指明使用哪个命名空间的话，那我们的 main 函数就不能调用 std 的 cout。

假如你没加

using namespace std;

这一句话，那么调用 cout 时须要加上 std:: 这样的前缀：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}

而第二个指令

return 0;

大体上说来就是表示函数结束了，并且返回 0 值。return 是英语“返回”的意思。

为什么我们的 main 函数返回 0，而不是返回其他值呢？

实际上，每个 C++ 语言的程序结束时都会返回一个值，0 表示一切正常结束，其他的值表示异常。

这里我们只是简单介绍了函数的概念，关于函数的细节请看之后的课程。

5. 注释及代码整洁之道

在结束这一课前，我们必须再来讲一下注释（comment）。不论什么编程语言，我们都可以在源代码里添加注释。C++ 语言当然不例外。

注释，到底是什么啊 ？

简单地说，注释就是在你程序之中用来标注这个程序的作用，某一行代码的作用等等的文字。注释真的很重要，因为即使是一个计算机天才，也要在程序中做一些注解。

注释有如下作用：

  • 在之后阅读自己写的代码时不至于迷失方向。不可否认，在重新阅读之前写的代码时，我们常常会忘记这个函数是干什么的，那个地方为什么要这样写。特别是代码量很大，几千几万行甚至更多时，如果没有注释，那阅读起来会很费力。

  • 如果你把你的代码给别人阅读，注释可以节省对方理解你的代码的时间。

要在代码中插入注释，有几种形式：

  • 如果你的注释比较短，在一行里就能写完，那可以用 //... 这样的形式。

  • 如果你的注释跨越好几行，那可以用 /* ... */ 的形式。

我们可以对之前的代码添加注释，变成如下：

#include <iostream>  // 引入 iostream 这个库 （为了使用 cout）

using namespace std;  // 指明要使用的命名空间

/*
主函数 main
所有的 C++ 程序都从 main 函数开始
*/

int main() {
    cout << "Hello, World!\n" << endl;  // 在屏幕上显示 "Hello, World!"，并且换行
    return 0;  // 结束 main 函数，也就是结束程序
}

可以看到，虽然程序行数变多了，但注释却使我们的代码变得易读很多。

编译代码的时候，编译器会忽略所有的注释。这些注释不会出现在最终的程序里，只是为程序员自己和阅读程序的其他人服务的。

记住：
注释要起到引导阅读代码的作用，以便理清头绪。但是不要在太过浅显易懂的地方添加注释。

引用 IBM 公司的一句格言：
“如果一个程序，在你仅仅看完它的注释之后，你不能了解它的作用，那么把这个程序扔了吧。”
-- 大公司就是这么严格，这么任性。

代码整洁之道

其实我们的程序完全可以写成这样，也是正确的，可以编译运行，输出 Hello World! 。

#include <iostream>
using namespace std; int main()
{
cout << "Hello world!"<< endl; return 0; }

因为编译器并不介意你的程序是不是“规范”。

但这样的程序问题是什么呢？

“乱七八糟”，可以这么形容。因为这样的程序风格使得别人很不容易阅读你的代码，甚至过了一段时间可能你自己也会摸不着头脑。

如果你去面试，写出这样的程序，那九成是不会被录取的。除非你参加“国际 C 语言乱码大赛（IOCCC）”。

所以一开始就养成良好的代码风格是很重要的。

推荐大家去看林锐编写的 《高质量 C++/C 编程指南》 。

其实我个人更喜欢直接参考 Google 公司的 C++ 代码规范：https://google.github.io/styleguide/cppguide.html

6. 总结

  1. 有两种程序：命令行程序 和 图形界面程序。

  2. 刚开始学编程，实现命令行程序更简单。所以我们从命令行程序开始学习。

  3. 一个 C++ 程序总是有 main 函数：这是程序运行的入口。

  4. cout 可以在屏幕上显示信息。

  5. 我们可以给程序添加注释，以详述其作用。C++ 中的注释有两种形式：// 注释 或者 /* 注释 */ 。

7. 第一部分第四课预告

今天的课就到这里，一起加油吧！

下一课我们学习：C++探索之旅 | 第一部分第四课：内存，变量和引用

我是 谢恩铭，公众号「程序员联盟」（微信号：coderhub）运营者，慕课网精英讲师 Oscar 老师，终生学习者。
热爱生活，喜欢游泳，略懂烹饪。
人生格言：“向着标杆直跑”

posted @ 2020-07-06 08:54  公众号「程序员联盟」  阅读(306)  评论(0)  编辑  收藏  举报